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UNIDAD V
ACOPL AMIENTO Un acoplamiento es un dispositivo cuya función es la de conectar dos árboles de maquinaria maquinaria en sus extremos, con el fin de transmitir potencia, normalmente los acoples no permiten desconexión de los arboles durante la operación sin embargo existen acoplamientos que limitan el torque que transmiten al resbalar o desconectarse cuando algún límite de torque sea excedido. La función principal de los acoplamientos es la de unir dos partes de equipos rotativos a la vez que permite cierto grado de desalineamiento, desplazamiento o ambos, mediante una cuidadosa selección, instalación y mantenimiento, se pueden generar ahorros sustanciosos al reducir los costos de mantenimiento y costos de parada de equipos.
Tipos de acoplamientos Acoplamientos flexibles Acoplamientos de mordaza Existen 3 tipos de acoplamientos de mordazas, de mordaza recta, de mordaza curva, de mordaza y fricción (semiabierto), todos los acoplamientos de mordazas constan de 3 componentes básicos: dos cubos y un inserto elastómero El acoplamiento de mordaza recta es el modelo estándar y puede operar en rangos de torque desde 3.5 lb-ft (4.7 N-m) hasta 170 004 lb-ft (230 233 N-m)
Acoplamiento de mordaza recta recta (izquierda) y elastómero elastómero recto (derecha) (derecha)
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El acoplamiento de mordaza curva es similar al de mordaza recta, pero los dientes de los cubos son curvos, para soportar mayor torque, estos acoplamientos pueden transmitir torques que varían desde los 67 lb-ft (91 N-m) hasta los 247 800 lb-ft (335 590 N-m)
Acoplamiento de mordaza mordaza curva curva (izquierda) y elastómero curvo curvo (derecha) (derecha)
El acoplamiento de mordaza y fricción es similar a los otros dos, pero tiene un componente adicional, un seguro en forma de anillo, que es usado para asegurar el inserto elastomérico, la ventaja de este diseño es que el elastómero puede instalarse de manera radial, sin desplazar los cubos, en los modelos anteriores, se requiere desplazar los cubos o la maquinaria, este tipo de acoplamiento puede transmitir torques que varían desde 335 lb-ft (454 N-m) hasta 183 333 lb-ft (248 284 N-m) Todos los acoplamientos de mordazas pueden tolerar t olerar desalineamiento desalineamiento de hasta 1°.
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Acoplamiento de mordaza y fricción
Acoplamiento de engranajes El acoplamiento de engranajes utiliza los dientes del engranaje para transmitir el torque de un árbol a otro árbol, el acoplamiento tolera desalineamiento a través del juego entre el los dientes de los engranajes interiores y exterior, esto le permite al acoplamiento transmitir altos torques a altas velocidades, siempre y cuando esté balanceado, este acoplamiento puede transmitir torques desde 2,500 lb-pulg (208 lb-ft o 282 N-m) hasta 47 269 000 lb-pulg (393 908 lb-ft o 533,462 N-m) y tiene una capacidad de desalineamiento angular de 3°
Acoplamiento de engranajes
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Acoplamiento de rejilla El acoplamiento de rejilla hace uso de dos cubos con múltiples ranuras en toda su circunferencia y una rejilla entre ellos para transmitir el torque, este tipo de acoplamiento solamente puede tolerar 1/3° de desalineamiento y puede transmitir torque desde 422 lbpulg hasta 2 700 000 lb-pulg (3 656 555 N-m).
Acoplamiento de rejilla
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Acoplamiento hidráulico El acoplamiento hidráulico no es necesariamente un tipo de acoplamiento flexible, sin embargo, está asociado a ellos, este tipo de acoplamiento permite al motor arrancar con poca carga e incrementarla de manera gradual hasta llegar a la totalidad de la transmisión de potencia, el acoplamiento hidráulico utiliza dos ruedas, un recipiente y fluido hidráulico para transmitir torque, debido a que la transmisión de torque se realiza de manera hidrodinámica, este tipo de acoplamiento también provee protección contra las sobrecargas y absorción de cargas de choque.
Acoplamiento hidráulico
Entre otros acoplamientos también existen los torsionales, de disco, cardánicos, de cadena y de manguito, siendo este ultimo rígido.
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Selección La selección del acoplamiento correcto se encuentra en función de la aplicación, el torque, la velocidad, el diámetro de los ejes, las tolerancias dimensionales respectivas, el canal chavetero, el espacio axial y radial disponible, la mantenibilidad, las condiciones de trabajo (desalineamiento, vibración, medio ambientales)
Calculo de torque
( )
( )
()
()
Torque de selección = Torque aplicado x Factor de servicio
Ejemplo de selección Se desea seleccionar un acoplamiento de rejilla para conectar un motor eléctrico AC estándar a un compresor rotativo de lóbulos, la potencia del motor es de 60 HP@1760 rpm, el diámetro del eje conductor del motor es de 2 1/8” con un canal chavetero estándar de 1/2” , el diámetro del eje conducido del compresor es de 48 mm con un canal chavetero estándar de 14 mm, ambos ejes son de 3” de longitud y la distancia entre los extremos de los ejes es de 1/8”
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( )
()
De la tabla de factores de servicio se selecciona el que corresponda en función a la aplicación “Compresor de lóbulo” con un “motor eléctrico de torque estándar”
Tabla de factores de servicio
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El factor de servicio es 1.25, por lo tanto el torque de selección es 2687 Lb-pulg. 198
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Se debe buscar un acoplamiento de rejilla que cumpla con lo siguiente:
Torque de selección = 2687 Lb-pulg Diámetro de agujero motor = 2 1/8” = 54 mm Velocidad de giro = 1760 rpm Espacio axial = 6 1/8” = 155 mm Distancia entre extremos = 1/8” = 3.175 mm
El acoplamiento 1060 cumple con los requisitos
Torque máximo permisible = 6050 Lb-pulg Diámetro de agujero máximo permisible = 54 mm Diámetro de agujero mínimo permisible = 19 mm Máxima velocidad de giro = 4350 rpm (Diseño horizontal) Longitud total del montaje (OAL) = 5.12 pulg = 130 mm Distancia entre extremos mínima = 3 mm
Los cubos de los acoplamientos vienen en dos presentaciones:
Con barreno (agujero) guía, el diámetro de este agujero es encontrado en las tablas dimensionales. Sólido.
En ambos casos, el agujero debe ser maquinado a fin de que se pueda montar a los ejes con el ajuste apropiado. (Interferencia ligera)
Cubos sólidos
Tabla de desempeño de los acoplamientos de rejillas 199
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Información dimensional de acoplamientos de rejillas 200
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Tabla de canales chaveteros (Sistema imperial) 201
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Tabla de canales chaveteros (Sistema métrico decimal) 202
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Valores de desalineamiento máximo permisibles 203
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Intercambiabilidad entre fabricantes 204
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Listado de número de partes por acoplamiento 205
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Evaluación de acoplamientos 206
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A. Errores en el acoplamiento
En los acoplamientos se pueden presentar tres tipos de error:
Errores de faceado (corrimiento angular axial) Errores de centrado (corrimiento radial), y Errores en el paso de unión.
a. Errores de faceado
Estamos en presencia de un error de faceado cuando aun estando alineados los ejes en sí, las superficies de las caras del acople no están paralelas entre sí. Por e. Por no estar perpendiculares al eje de giro común a ambos ejes. (Fig.2 y 3)
Figura 3
Figura 2
Cuando se ensambla un acoplamiento con defectos de faceado, se imponen esfuerzos a los ejes conectados que deforman su eje de giro, como por ejemplo: arquearlo. (Fig. 3)
Figura 3
El error de faceado (Pandeo) de un acoplamiento puede ser determinado con el reloj comparador (Fig. 4, 5 y 6) 207
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Figura 4
Figura 5
Figura 6: Comprendiendo la lectura del reloj comparador para la determinación el
b. Error de centrado
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Cuando ocurre un error de centrado, el centro de los ejes y los centros de las mitades del acoplamiento están separados realmente entre sí, aún cuando los ejes estén alineados (Fig. 7 y 8)
Figura 7
Figura 8
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En este caso también se imponen fuerzas cuando los ejes son unidos solidariamente, y los ejes giran deformados (Fig. 9).
Figura 9
El error de centrado (Corrimiento radial) de un acoplamiento puede ser determinado con el reloj comparador (Fig. 10 y 11)
Figura 10
Figura 11
Guía deTolerancias de posión recomendados
Velocidasd de la Máquina (RPM)
Tolerancia Máxima Lectura total en el Reloj
0 - 1800
0.005" (0.127 mm)
1800 - 3600
0.002" (0.05 mm)
3600 a más
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Menos de 0.002" (0.05 mm)
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c. Errores de paso de unión
Si todos los dientes, pernos o segmentos de un acople no transfieran el mismo par como resultado de un error en el paso, el eje de mando resulta cargando con una fuerza transversal. Esa fuerza transversal es proporcional al par transferido por el acoplamiento. En la figura se demuestra con dos elementos de unión. Figura 12.
Figura 12
d. El efecto de errores de acoplamiento
Todos los errores de acoplamiento, sean de faceado, centrado, o paso de unión, excitan vibraciones a la frecuencia de giro en el eje del tren de máquinas y en los cojinetes durante la rotación.
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Mantenimiento Las causas del rápido deterioro de los acoplamientos son:
El desalineamiento La falta de lubricación El desbalance
El desalineamiento genera fuerzas adicionales en los rodamientos y en el acoplamiento, genera vibración, alta temperatura, degradación del lubricante, contaminantes solido producto del desgaste de los componentes, se genera contacto adicional en superficies que no deberían estar sobrecargadas, afectando la vida útil del acoplamiento instalado. En los acoplamientos metálicos (Rejillas, engranajes, cardánicos) la lubricación cumple un rol fundamental, se debe utilizar el lubricante apropiado, usualmente grasa, del grado de viscosidad y consistencia correctos en función a la temperatura de trabajo, el espesante debe ser el adecuado para resistir las condiciones medio ambientales y la frecuencia y cantidad de re lubricación debe estar definida, ya sea por el fabricante, el departamento de ingeniería o por experimentación en campo, se debe asegurar la calidad del lubricante en todas las etapas desde el almacenamiento hasta la aplicación en el punto de lubricación, para esto se deben contar con herramientas apropiadas para evitar la contaminación durante el transporte, así como la buena condición de las válvulas debe ser tomada en cuenta.
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