89001517 Alineamiento y Balanceo de Máquinas y Mecanismos
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SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL
FASCÍCULO DE APRENDIZAJE
CÓDIGO: 89001517
2,013
ALINEAMIENTO Y
BALANCEO DE MÁQUINAS Y
MECANISMOS
PROGRAMA DE
COMPLEMENTACIÓN PARA
TITULACIÓN
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 5
ALINEAMIENTO DE
MECANISMOS
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 6
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I. LA IMPORTANCIA DEL ALINEAMIENTO DE MÁQUINAS.
Está comprobado que el desalineamiento es la causa de más del 50%de las
averías en las máquinas rotativas, le sigue el desbalance con más del 35% y
otros problemas como la lubricación, montaje, etc. Estas fallas producen
grandes pérdidas financieras debido al daño prematuro de la maquinaria, las
pérdidas de producción y el consumo excesivo de energía.
Estadísticamente, más de la mitad de las maquinarias se alinean mal y
necesitarán probablemente parar y ser reparadas o ser sustituidas en los
próximos meses. La otra mitad probablemente funcione con éxito, con un
mínimo de mantenimiento los próximos 80 meses.
Las causas de este problema son: falta de entrenamiento, de instrumentos y
del tiempo suficiente.
La capacidad de realizar un buen alineamiento está directamente ligada al
conocimiento, la habilidad y deseo de hacerlo bien.
Existen importantes avances en el diagnóstico de problemas en maquinarias,
como son el análisis vibracional, el análisis de aceite y la termografía, pero
persiste la gran diferencia entre encontrar un problema en una máquina y
corregir el problema.
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1.1. INCREMENTAR LA VIDA ÙTIL DE LA MÁQUINA ROTATIVA.
Un buen alineamiento consigue:
– Reducir las fuerzas excesivas radiales y axiales en los rodamientos
prolongando su vida útil. Un aumento de la carga en un 20% en un
rodamiento debido al desalineamiento disminuye su vida útil en un 50%.
– Eliminar la posibilidad de falla del eje por fatiga cíclica.
– Minimizar el desgaste de los componentes del acoplamiento.
– Reducir el consumo de energía (ahorros de 2 a 17%).
– Tener bajos niveles de vibración y ruido.
– Minimizar la flexión del eje desde el punto de transmisión de potencia en el
acoplamiento, al rodamiento lado acoplamiento. Mantener la tolerancia
interna apropiada del rotor.
– Evitar sobrecalentamientos de la maquinaria.
– Evitar daños en sellos y obturaciones.
1.2. TRES COSAS QUE SE NECESITAN SABER PARA ALINEAR
MÁQUINAS ROTATIVAS.
1. ¿Dónde están las máquinas cuando no están funcionando?
2. ¿Qué posición adquirirán o tomarán cuando funcionen?
3. Si las máquinas se mueven desde una posición cuando están paradas a
otra cuando trabajan, ¿a qué rango de posición aceptable deben estar
cuando las máquinas se alinean fuera de servicio, para que cuando
funcionen mantengan tolerancias de alineamiento aceptables? O
simplemente,
¿Dónde están estás?
¿Dónde deben estás ir?
¿Dónde deben estar?
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1.3. OBJETIVO DE LA ALINEACIÓN.
El objetivo de la alineación es aumentar la esperanza de vida útil y de
funcionamiento de la maquinaria rotativa. Para alcanzar esta meta, los
componentes de la maquinaria que son más probables de fallar deben
funcionar dentro de sus límites del diseño. Estos componentes son los
cojinetes, los sellos, el acoplamiento, y los ejes. La maquinaria exactamente
alineada alcanzará los resultados siguientes:
– Reducir las fuerzas axiales y radiales excesivas en los cojinetes para
asegurar una vida más larga del cojinete y una estabilidad del rotor bajo
condiciones de funcionamiento dinámicas.
– Eliminar la posibilidad de falla del eje debido a fatiga cíclica.
– Reducir al mínimo la cantidad de desgaste en los componentes del
acoplamiento.
– Reducir al mínimo la cantidad de flexión del eje en el punto de la
transmisión de energía hasta el cojinete del extremo del acoplamiento.
Mantener los juegos internos adecuados del rotor.
– Reducir el consumo de energía (los casos documentados han demostrado
los ahorros entre el 2 hasta el 17%).
– Bajar los niveles de la vibración en cubiertas de la máquina, cubiertas de
cojinete, y rotores.
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1.4. ¿QUÉ SUCEDE CON LA MAQUINARIA ROTATIVA CUANDO
ESTÁDESALINEADA?
La Figura N°1.1. ilustra qué sucede con la maquinaria rotativa cuando está
desalineada. No obstante, la condición del desalineamiento mostrada se la
exagera absolutamente, la Figura Nº 1.1.ilustra la distorsión (es decir, flexión)
cuando las cargas verticales o laterales se transfieren del eje al eje.
Se entiende que los acoplamientos flexibles se diseñan para acomodarse y
minimizar el desalineamiento. Pero los ejes son flexibles también, y como el
desalineamiento llega a ser más severo, los ejes también comienzan a
flexionar. Tener presente que los ejes no están flexionados permanentemente,
estos están experimentando un flexionamiento elástico a medida que rotan.
Línea central de los
cojinetes del motor
Línea central de los
cojinetes de la bomba
Figura N° 1.1.
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Notar también que el eje de la bomba está ejerciendo una fuerza hacia abajo
en el cojinete interior del motor mientras que intenta traer el eje del motor en
línea con su central de rotación. Inversamente, el eje del motor está ejerciendo
una fuerza ascendente en el cojinete interior de la bomba mientras que intenta
traer el eje de la bomba en línea con su línea central de rotación.
La Figura Nº 1.2. ilustra el tiempo estimado para que falle un equipo rotativo
típico basado en la variación de sus condiciones de la alineación. El término
“falla” aquí implica una degradación de cualquier componente crítico de la
máquina tal como los sellos, los cojinetes, el acoplamiento, o los rotores. Los
datos en este gráfico fueron compilados de una gran cantidad de historias del
caso donde el desalineamiento fue encontrado para ser la causa raíz de la falla
de la maquinaria.
Figura N° 1.2. Vida útil de una máquina rotativa sujeta a desalineamiento.
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1.5. CONSECUENCIAS DEL DESALINEAMIENTO - DAÑO DE MÁQUINAS.
¿Qué pasa cuando el alineamiento no es del todo exacto? El desalineamiento
provoca excesiva carga en las máquinas. Las consecuencias pueden
manifestarse como vibración. El desalineamiento puede detectarse
cualitativamente usando análisis de vibraciones: son comunes las elevadas
lecturas en el espectro de frecuencias en el sentido radial y axial a la frecuencia
de rotación y múltiplos. Así, es recomendable chequear la condición del
alineamiento final usando técnicas de medición de vibraciones entre otras.
Sobrecarga anormal de las máquinas, también incrementan las cargas en los
rodamientos y una reducción de su vida útil: aún los acoples “flexibles”
conducen fuerzas desalineantes del eje a los rodamientos. Este incremento en
la carga puede medirse usando el método de choque para el monitoreo de los
rodamientos. El método de shock pulse puede ser usado así indirectamente
para chequear las condiciones del alineamiento. Aun cuando el
desalineamiento en el acople esté dentro de las tolerancias, las fuerzas
transmitidas a los rodamientos cuando el eje gira acortará el tiempo de vida útil
de los mismos. Muchos componentes de máquinas críticas están sujetos a
fuerzas que los dañan cuando ocurre un desalineamiento. Uno de estos es el
rodamiento, que debe absorber la carga adicional creada por el
desalineamiento (aun cuando se instalen acoples flexibles).
Al eje por sí mismo se le aumenta la carga debido al desalineamiento,
particularmente en los rodamientos, donde el desplazamiento por
desalineamiento causa cargas adicionales reciprocantes. Esta acción flectante
puede acortar la vida útil del eje.
Otro componente de máquina particularmente susceptible al daño por
desalineamiento es el sello del eje. El gráfico ilustra cómo un ligero
desalineamiento permite el ingreso de contaminantes al sello produciéndose la
falla prematura.
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1.6. SÍNTOMAS DEL DESALINEAMIENTO.
Una alineación imprecisa incrementa las cargas en el acoplamiento, las cuales
se transmiten a los ejes y en consecuencia a los demás componentes de la
máquina. Este efecto conlleva a:
– Fallas prematuras de rodamientos, sellos, acoplamientos o ejes.
– Vibración radial y axial excesiva.
Desalineamiento
angular
Desalineamiento
paralelo
Sobrecarga en los
rodamientos que se traduce
en sobrecalentamiento,
originando o incrementando
su falla prematura.
Figura N° 1.3. Daño en el rodamiento
como resultado de un desalineamiento.
Figura N° 1.4.
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– Excesiva fuga de aceite lubricante por los sellos de los rodamientos.
– Calentamiento del acoplamiento mientras está funcionando.
La termografía infrarroja muestra el incremento de la carga en los acoples
debido a desalineamiento: Cuanto más caliente el elemento de máquina,
más brillante aparece en el termograma.
Esto contesta efectivamente la pregunta frecuente, ¿Por qué preocuparse
por la precisión del alineamiento si hay un acople flexible instalado? Aunque
un acople flexible puede por sí mismo soportar los efectos de un eje
desalineado, este sin embargo le agrega a la máquina cargas adicionales
llevando al desgaste prematuro (o falla) de rodamientos y sellos.
Figura N° 1.5.
Figura N° 1.6.
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– Soltura o rotura de los pernos de anclaje (problemas de “pie flojo”).
– Soltura o rotura de los pernos del acoplamiento.
– Alto o inusual número de fallas del acoplamiento o desgaste rápido del
mismo.
– Los defectos del eje y acoplamiento “runuot” pueden tender a incrementarse
después de algún tiempo de funcionamiento del equipo.
Figura N° 1.8. Cubo del acoplamiento quebrado.
Figura 1.7.
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– Rotura de los ejes o agrietamiento en o cerca a los asientos de los
rodamientos o de las masas del acoplamiento.
– Consumo de energía más alto del normal.
– Altas temperaturas en la carcasa cerca de los rodamientos o altas
temperaturas del aceite de lubricación.
Figura N° 1.9 Rotura del eje por fatiga cíclica.
Figura N° 1.10
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1.7. CÁLCULO DE CONSUMO DE ENERGÍA.
Para calcular el ahorro de energía:
– Medir el consumo de energía antes y después del alineamiento (Amp).
– Calcular la diferencia (Amp).
– Obtener los datos del motor.
– Obtener los costos de energía ($/Kw).
– Cálculos del ahorro de energía con la fórmula:
Ejemplo:
Potencia del motor: 30 hp.
Voltaje: 460 Volts.
Factor de Potencia: 0,92.
Diferencia de consumo: 4 Amps.
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1.8. LOS PASOS COMPLETOS DE UN TRABAJO DE ALINEAMIENTO.
– Adquirir instrumental y dispositivos de medición, así como, contar con
personal entrenado.
– Obtener información relevante sobre el equipo que se está alineando.
– Tomar las medidas necesarias de seguridad y puesta fuera de servicio de la
maquinaria.
– Realizar las inspecciones preliminares.
– Realizar un alineamiento grueso del equipo, para luego medir con precisión
la posición de los ejes.
– Realizar los cálculos y determinar los movimientos.
– Reposicionar la maquinaria.
– Ponerla en operación y monitorear a las condiciones normales de
funcionamiento.
1.9. ¿CUÁNTO TIEMPO DEBE DURAR EL PROCESO DE ALINEAMIENTO?
Si un mecánico realiza un trabajo de alineamiento en una bomba pequeña, por
ejemplo, una vez al mes, y toma lecturas con el indicador de dial, sabe calcular
los movimientos necesarios de la maquinaria; tiene información sobre el
movimiento de la maquinaria desde que está parada hasta cuándo alcanza sus
condiciones normales de operación, tiene las herramientas apropiadas en el
lugar de trabajo, no tiene problemas con las tuberías de la bomba si es que la
bomba tiene que moverse, tiene una variedad amplia de lainas cortadas, no
tiene defectos en el cubo del acoplamiento o deflexión en el eje del
acoplamiento, no existe suciedad, herrumbre, o escamas acumuladas debajo
de los apoyos, están instalados pernos para el desplazamiento en ambas
unidades para levantar y deslizar a éstas a los dos lados, con los ejes que
rotan libremente, sin que le falte ninguna pieza del acoplamiento, con una
distancia correcta entre ejes, y nadie que incomoda o interrumpa el
alineamiento debe terminar con el acoplamiento instalado y el protector del
acoplamiento en su lugar en promedio de tres a cuatro horas. Para cualquier
persona que nunca ha realizado un trabajo de alineamiento, parece tedioso,
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pero para quienes han leído esto y saben lo que significa, esto es
absolutamente lo que se debe de hacer.
Hay mucho tiempo de preparación previo a un trabajo de alineamiento.
Limpieza de las placas-base y por la superficie inferior de los pies del equipo,
adquisición de los instrumentos de medición, determinación de la flecha de la
barra de soporte (Sag), inspección del acoplamiento, búsqueda y corrección de
problemas de “pie cojo”, medición del espesor de los paquetes de lainas que
están instalados, repasar los agujeros de los pernos de la fundación
ligeramente, juntar las herramientas, y empleando un tiempo prudencial en
entrenar al personal para la realización correcta del trabajo. Son algunas de las
cosas que tienen que estar hechas antes de que usted comience. El cálculo de
los movimientos apropiados y necesarios para alinear los ejes con la
computadora o calculadoras gráficas de alineamiento puede reducir
drásticamente el tiempo empleado en mover la maquinaria comparando con
los métodos del ensayo y del error aproximaciones sucesivas).
1.10. ¿CON QUÉ FRECUENCIA DEBE SER COMPROBADA LA
ALINEACIÓN?
Cómo previamente se mencionó, la maquinaria rotativa puede moverse
inmediatamente después que se ha arrancado. Este es un movimiento bastante
rápido en el que los ejes toman eventualmente una posición algo permanente
después que se han estabilizado las condiciones térmicas y de proceso (donde
quiera a partir de las dos horas a una semana, en algunos casos). No obstante
hay cambios más lentos y sutiles que ocurren en largos períodos. La
maquinaria cambiará lentamente su posición por la misma razón que los
soportes se pandean y las fundaciones se agrietan. Mientras las cimentaciones
se mueven lentamente, las tuberías comienzan a tirar en las cajas de la
maquinaria que hacen que el equipo se desalinee. Los cambios de temperatura
estacionales también hacen que el concreto, las placas base, las tuberías, y los
ductos se expandan y contraigan.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
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Se recomienda en un equipo recién instalado comprobar para detectar
cualquier cambio en el alineamiento, dentro de los 3 a 6 meses del inicio de la
operación. De acuerdo con lo que se encuentra durante el primer o segundo
chequeo de la alineación, adaptar inspecciones y correcciones sobre la
alineación para satisfacer lo mejor posible los trenes individuales de la
impulsión. En promedio, la alineación del eje en todo equipo se debe
comprobar anualmente.
ANOTACIONES.
………………………………………………………………………………
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II. EL DESALINEAMIENTO – ALINEAMIENTO Y TOLERANCIA.
2.1. ¿QUÉ ES EXACTAMENTE EL ALINEAMIENTO DE EJES?
Cómo explicó anteriormente, el desalineamiento de ejes se produce cuando las
líneas centrales de rotación de dos o más ejes de máquinas no se encuentran
en línea unas respecto a otras. Algunas preguntas deben de resolverse
necesariamente previa a todo trabajo de alineamiento.
1. ¿Qué exactitud debe tener el alineamiento?
2. ¿Cómo se mide el desalineamiento cuando hay diferentes acoplamientos?
3. ¿Dónde debe ser medido el desalineamiento?
4. ¿En qué unidades debe de medirse: milésimas de pulgada, grados,
milímetros de desfase, segundos de arco, radianes?
5. ¿Cuándo debe medirse el desalineamiento, cuando las máquinas están
paradas o cuando éstas están funcionando?
2.2. ¿SIGNIFICAN LO MISMO NIVEL Y ALINEAMIENTO?
No. El término nivel está relacionado a la fuerza de gravedad de la tierra.
Cuando un objeto está en posición horizontal o los puntos de su lado largo se
encuentran a la misma altitud, se considera al objeto que está en nivel. Otra
manera de establecer esto es si la superficie del objeto es perpendicular a las
líneas de fuerza gravitacional. La cimentación de una maquinaria rotativa a
nivel en la mina Yanacocha puede no estar paralelo con una cimentación de
otra maquinaria ubicada en la mina de La Oroya debido a que la superficie de
la tierra es una curva. El diámetro promedio de la tierra es 7908,5 millas (7922
millas al Ecuador y 7895 millas al polo que genera la fuerza gravitacional del
planeta).
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Tabla Nº 1. Niveles recomendados para máquinas rotativas montadas
horizontalmente:
TIPO DE MÁQUINA DESNIVEL MÌNIMO
RECOMENDADO
DESNIVEL MÀXIMO
RECOMENDADO
Máquinas de proceso
general soportados en
cojinetes antifricción.
10 mils / pie
(0,84 mm / m)
30 mils / pie
(2,5 mm / m)
Máquinas de proceso
soportados en cojinetes
planos (hasta 500HP).
5 mils / pie
(0,42 mm / m)
15 mils / pie
(1,26 mm / m)
Máquinas de proceso
soportados en cojinetes
antifricción (más de
500HP).
5 mils / pie
(0,42 mm / m)
20 mils / pie
(1,67 mm / m)
Máquinas de proceso
soportados en cojinetes
planos (más de 500HP).
2 mils / pie
(0,17 mm / m)
8 mils / pie
(0,67 mm / m)
Máquinas–
Herramientas.
1 mils / pie
(0,83 mm / m)
5 mils / pie
(0,42 mm / m)
1 mils = 0,001” = 0,025 mm
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
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2.3. DEFINICIÒN DEL DESALINEAMIENTO DE EJES.
En términos más precisos el desalineamiento de ejes es la desviación de la
posición relativa del eje desde una línea central de rotación colineal, medido en
los puntos de transmisión de potencia cuando el equipo está funcionando a sus
condiciones normales de operación o de trabajo normales como temperatura,
carga y velocidad; el grado de alineación es directamente proporcional a la
velocidad de giro de las máquinas acopladas.
– Para que un acoplamiento flexible acepte ambos desalineamientos paralelo
y angular debe haber por lo menos dos puntos donde el acoplamiento
pueda “flexionarse” o pueda acomodarse a las condiciones de
desalineamiento.
– Proyectando las líneas centrales de rotación de las máquinas acopladas,
puede hallarse la desviación máxima y los puntos de transmisión de
potencia.
– Los dos tipos de desalineamiento se observan en dos planos (vertical y
lateral) por lo que se tiene cuatro valores en total.
Proyectando la línea central de rotación del eje del motor hacia el eje de la
bomba y recíprocamente la línea central de rotación del eje de la bomba hacia
el eje del motor, hay una desviación medible entre las líneas centrales
proyectadas de cada eje y las líneas centrales actuales de los ejes donde la
potencia se está transmitiendo a través del acoplamiento desde un punto de
“flexión” a otro. Desde que se mide el desalineamiento en dos planos (vertical y
horizontal) habrá cuatro desviaciones que puedan ocurrir en cada acoplamiento
flexible. En un tren motriz montado horizontalmente, dos de estas desviaciones
se producen mirando desde la vista superior, describiendo la cantidad de
desalineamiento lateral (lado a lado).
Dos desviaciones más se producen cuando se mira el tren motriz desde un
lado el cual describe el desalineamiento vertical (arriba y abajo). El objetivo
principal de la persona que está realizando el alineamiento es posicionar las
carcasas de las máquinas, de tal manera que todas las desviaciones estén por
debajo de ciertos valores de tolerancias.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
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CENTROS DE ROTACIÓN.
– El centro de rotación es el eje imaginario alrededor del cual gira un eje o un
elemento rotativo, ya sea recto o doblado.
– La masa del elemento giratorio es distribuido uniformemente alrededor del
centro rotacional.
– El centro rotacional forma siempre una línea recta.
COLINEALIDAD.
– Se dice que dos ejes son colineales, cuando sus centros de rotación forman
una línea recta continua.
Figura N° 2.1.
Figura N° 2.2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 25
DESALINEAMIENTO.
– Todos los ejes rotan alrededor de un eje llamado centro rotacional.
– Dos ejes están desalineados cuando sus ejes no son colineales, es decir
sus centros rotacionales no forman una sola línea recta.
– Se define como ejes desalineados, aquellos ejes que no son colineales.
– El desalineamiento de ejes induce cargas anormales en los soportes, que
origina que el equipo opere inadecuadamente y eventualmente reduzca su
vida útil.
MEDICIÓN DEL DESALINEAMIENTO.
– El desalineamiento de un eje se define por la posición relativa existente
entre su línea de centro de rotación comparada con una línea recta del otro
eje estacionario visto desde dos planos (horizontal y vertical).
Figura N° 2.3.
Figura N° 2.4.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 26
2.4. TIPOS DE DESALINEAMIENTO.
Durante la operación es posible que los ejes de máquina estén desalineados,
pierdan alineamiento o solo estén alineados en ciertas condiciones de
operación.
El desalineamiento de ejes se presenta en dos formas básicas:
Desalineamiento Paralelo.
Desalineamiento Angular.
– DESALINEAMIENTO PARALELO.
Cuando los ejes de dos máquinas se encuentran “desplazados” uno del
otro en forma paralela, hablamos de desalineamiento paralelo offset, y
puede darse tanto en el plano vertical como en el horizontal y se corrige
sencillamente al mover paralelamente la máquina.
– DESALINEAMIENTO ANGULAR.
Ocurre cuando la línea centro de los ejes forman un ángulo entre sí. Su
corrección requiere desplazamiento a través del ángulo formado y
traslación paralela.
Figura N° 2.5.
Figura N° 2.6.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 27
– DESALINEAMIENTO MIXTO.
Es el más común de los acoplamientos y es la combinación de los dos
desalineamientos anteriores (paralelo y angular).
En las situaciones reales de una planta industrial lo más normal es encontrar
una combinación de ambos tipos de desalineamiento.
De los dos tipos de desalineamiento, probablemente el angular reviste muchas
veces un grado significativo de valoración errónea de su criticidad. Las gráficas
siguientes muestran:
– Para diferentes diámetros de ejes, una misma desalineación angular con
diferentes gaps; típicamente los diámetros menores de ejes girarán a
mayores RPM y en consecuencia la desalineación angular mostrada será
más grave para el eje de menor diámetro.
– Para diferentes diámetros de ejes, un mismo gap, con diferentes
angularidades; igualmente la situación empeora para el eje de menor
diámetro.
Figura N° 2.7.Desalineamiento real: combinación de
paralelo y angular.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
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2.5. FACTORES QUE AFECTAN EL ALINEAMIENTO DE LA MÁQUINA
ROTATIVA.
Por lo tanto, hay tres factores que afectan el alineamiento de las máquinas
rotativas:
– La velocidad del tren motriz
– La máxima desviación en los puntos flexibles o de transmisión de potencia-
recepción de potencia.
– La distancia entre puntos flexibles o puntos de transmisión de potencia.
La última parte de la definición de ejes es probamente la más difícil de explicar
y entender, usualmente este aspecto es el más obviado. Cuando el equipo
rotativo entra en funcionamiento, los ejes comenzarán a moverse a otra
posición. La causa más común para que esto ocurra son los cambios de
temperatura que se producen en las carcasas de las maquinarias y, por lo
tanto, esté movimiento está comúnmente referido al alineamiento en frio y en
caliente. Estos cambios de temperatura son provocados por la fricción de los
rodamientos o por los cambios térmicos que ocurren en líquidos y gases del
proceso. El movimiento de la maquinaria puede ser causado también por los
momentos de reacción cuando se embridan las tuberías o ductos o por las
reacciones debido a la rotación del rotor, algo similar a la fuerza que usted
siente cuando intenta mover el brazo alrededor con un giroscopio que hace
girar en su mano.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 29
2.6. ALINEAMIENTO DE ACOPLAMIENTOS VS. ALINEAMINENTO DE
EJES.
Cuando las masas de los acoplamientos no están correctamente maquinadas
los centros de las líneas centrales de ambos no coinciden originando el
denominado “runout”.
En la figura que cuando el eje rota, su línea central de rotación esta recta pero
el eje por si solo no. En esta situación que trataremos de alinear: ¿el eje de la
derecha a la línea central del agujero del semicople, o la línea central de la
rotación? La respuesta correcta debe ser, porque se deberá tratar de alinear la
maquinaria que tiene ejes flexionados o un semicople con un seguro mal
maquinado.
2.7. ¿QUÉ TAN RECTOS SON LOS EJES DE LA MAQUINARIA
ROTATIVA?
La presunción que mucha gente se hace es que las líneas centrales de rotación
en las máquinas son líneas perfectamente rectas. En ejes orientados
verticalmente esto puede ser cierto, pero la vasta mayoría de máquinas
rotativas tienen sus ejes montados horizontalmente y los pesos de sus ejes y
componentes a ellos sujetos originan que los ejes se flexionen debido a su
propio peso. Esta curvatura que ocurre naturalmente en el rotor de las
máquinas se le refiere usualmente como la curva catenaria.
DEFINICIONES.
– CATENARIA: la curva asumida por una cuerda perfectamente flexible,
inextendible de densidad uniforme suspendida en dos puntos fijos.
– CATENOIDE: la superficie descrita por la rotación en la línea central de
rotación de una catenaria.
La cantidad de deflexión depende de varios factores tales como la rigidez del
eje, la cantidad de peso entre los puntos de soporte, el diseño de los cojinetes
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 30
y la distancia entre los puntos de soporte. Para la vasta mayoría de máquinas
rotativas en existencia, esta deflexión o curva es despreciable, y para todo
propósito práctico es ignorada.
2.8. ESPECIFICACIÓN DEL DESALINEAMIENTO.
Antes de considerar como alinear una máquina, es necesario saber cómo
especificar el valor de desalineamiento, el objetivo (tolerancias) y cuando el
trabajo se hace.
Existen tres maneras de especificar los valores de desalineamiento permisible:
lectura total del reloj indicador TIR (Total Indicador Reading), las correcciones
requeridas en las patas, o el desplazamiento (offset), ángulo ( o separación-
gap) en el punto donde se transmite la potencia (acople).
Tabla N° 2. Tolerancias.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 31
III. INSPECCIONES PRELIMINARES DE ALINEAMIENTO.
El personal técnico que realizará las tareas de alineación deberá evaluar
previamente la instalación de la máquina, y seleccionar el método, las
herramientas y procedimientos a aplicar.
Debido a que cada instalación difiere en tamaño, velocidad, potencia, ubicación
y función, es necesario integrar todas las variables antes de comenzar un plan
de trabajo. Los puntos principales se presentan a continuación con una breve
descripción de los mismos.
Encontrar y corregir el problema en las siguientes áreas:
– Inestabilidad o deterioro de las cimentaciones y soportes-base.
– Daños o desgaste de los componentes de las máquinas rotativas (Ej.
cojinetes, ejes, sellos, acoplamientos, etc.).
– Condiciones defectuosas excesivas “runuot” (flexión de ejes, maquinado
defectuoso de los agujeros de los semicoples).
– Problemas de interferencia entre la carcasa de la máquina y su plato-
soporte. (Ej. pie flojo).
– Fuerzas excesivas producidas por las tuberías o ductos instalados.
3.1. CIMENTACIONES, Y SOPORTES – BASE.
Muchos problemas de desalineamiento se deben al diseño de la instalación,
deterioro del soporte – base o a la misma carcasa de la máquina y las
condiciones del suelo donde están asentadas las máquinas y cimentaciones.
La vibración o ruido tolerable que puede transmitirse a través de la estructura al
entorno.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 32
El tiempo que una máquina permanecerá alineada con precisión, depende de
posibles movimientos por su peso y vibración, así como por el calor transmitido
por conducción y radiación por la máquina al soporte – base, concreto y
estructura.
CIMENTACIONES:
Cimentaciones Rígidas.
Ventajas:
– Brinda una plataforma estable para la sujeción de la maquinaria.
– Más fáciles de construir que las cimentaciones flexibles.
– Absorben el movimiento o vibración.
– Pueden aislar el movimiento residual mediante la adición al bloque de
cimentación de material absorbente de vibración.
Desventajas:
– Degradación eventual por si se localizan fuera de las edificaciones y las
climáticas cambian radicalmente durante el año.
– En maquinarias con tuberías sin soportes, pueden producirse fuerzas
externas.
– Posibilidad de absorber vibración de otras máquinas vecinas.
Cimentaciones Flexibles.
Ventajas:
– Plataforma estable para la sujeción de la maquinaria rotativa, permitiendo
que la instalación completa se mueva en el caso de fuerzas externas tales
como esfuerzos por tuberías.
– Habilidad para aislar cualquier vibración de las maquinas instaladas en ellas
a las estructuras vecinas y aislar a la unidad de la transmisión de vibración
de otras máquinas cercanas.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 33
Desventajas:
– Más difíciles de construir y mantener que las cimentaciones rígidas.
– Si existe excesiva vibración en la maquinaria por periodos largos pueden
producirse daños potenciales.
– Degradación potencial de los resortes – soportes.
SOPORTES – BASE:
Tipos:
– De fundición.
– Prefabricados.
El Concreto, el Cemento y la Lechada de Cemento (grout).
– El concreto es una mezcla de material inerte y cemento.
– La lechada de cemento (grout) puede tener una base de cemento o una de
epoxy.
– El cemento, comúnmente piedra caliza y arcilla, mezclado con agua actúa
como cohesionador de material inerte.
El Concreto.
Cantidades de mezcla de Concreto:
.Material Baja rigidez Alta rigidez
Agua 15% 20%
Cemento 7% 14%
Agregados 78% 66%
– Esfuerzo de compresión del concreto: de 1000 a 10000 psi.
– Esfuerzo de compresión del concreto de cimentaciones: de 3000 a 4000 psi.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 34
– Se obtiene una resistencia a la compresión del concreto normalmente de 70
– 80% de su valor final a los 6 – 8 días después del vaciado inicial.
Tipos de cementos según la ASTM:
TIPOS NOMBRE DESCRIPCIÓN
01 Normal Propósito general.
02 Modificado Cuando se requiere bajo calor de hidratación.
03 Rápido alta Resistencia Cuando se requiere una alta resistencia en poco tiempo.
04 Bajo Calor de Hidratación Típicamente usado en represas para reducir agrietamientos y contracciones.
05 Resistencia al Sulfato Usado cuando está expuesto a suelos con alto contenido de alcalinos.
06 Aire Retenido Usado cuando está presente una acción severa de congelamiento.
Concreto Reforzado.
El concreto es diez veces más fuerte en compresión que en tensión.
Enlechado (Grouting).
– Utilizarlo como ligazón final entre la estructura base y el concreto de la
cimentación.
– Hay dos clases de lechada (grout) con base de cemento y con base
epóxica.
Consejos para diseñar buenas cimentaciones:
– Asegurar que la frecuencia natural del sistema cimentación – estructura –
suelo no coincida con cualquiera de las frecuencias o armónicas de la
máquina rotativa en funcionamiento.
– Diseñar la cimentación y la estructura, propiciando el espacio suficiente
para el tendido de las tuberías y para la ejecución de los trabajos de
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 35
mantenimiento en el equipo, así como dotar de las previsiones necesarias
para el alineamiento de las máquinas.
– Proveer de juntas vibratorias o espacios de aire entre la cimentación de la
maquinaria y la estructura vecina del edificio para prevenir la transmisión de
vibración.
Consejos para la instalación de cimentaciones y de máquinas rotativas:
– Referirse a las especificaciones API 610 para más instrucciones sobre el
enlechado. Permita una cura mínima de 48 horas, antes de montar el
equipo rotativo en la base.
– Instalar pernos de empuje para conseguir el movimiento del equipo en tres
direcciones, vertical, lateral y axial. Si no se usa pernos de empuje,
proporcionar suficiente espacio entre el plato – soporte y el equipo rotativo
para insertar una gata hidráulica y poder levantar el equipo para enlainarlo.
3.2. CONTROL DE DAÑOS O DESGASTE DE LOS COMPONENTES DE
LAS MÁQUINAS ROTATIVAS.
Sujetar el reloj comparador en la parte superior del cubo
del eje o del acoplamiento.
Jalar hacia arriba el eje y observar la lectura del reloj comparador
Figura N° 3.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 36
Si la máquina ha estado funcionando por algún tiempo, los rodamientos que
soportan el rotor pueden haber sufrido algún daño y se sugiere que las
revisiones deben realizarse periódicamente para asegurar que los rodamientos
están en buen estado de funcionamiento. Una de las pruebas más sencillas
que se pueden realizar es verificando el “juego'' del eje como se muestra en la
Figura N° 3.1.
Si el eje está apoyado sobre rodamientos como se muestra en la Figura N°
3.1., la cantidad de elevación en el eje debería ser de 0 a 1 mils. Si hay una
cantidad de exceso de juego del eje con un cojinete de elemento rodante,hay
cuatro posibles razones para que suceda esto:
1. El anillo interior del rodamiento está flojo en el eje.
2. Hay demasiado espacio libre entre los elementos rodantes y los caminos de
rodadura interior y exterior.
3. El anillo exterior está suelto en su alojamiento.
4. Una combinación de dos o más de los elementos anteriores.
3.3. CONDICIONES DEFECTUOSAS (RUNOUT).
Se refiere a condiciones de falta de redondez que existen en los ejes de las
máquinas rotativas.
– La falta de redondez radial cuantifica la excentricidad de la superficie
exterior del eje, o componente rígidamente montado en el eje con respecto
a la línea central de rotación del eje.
– Los defectos en el sentido axial “face” cuantifica la falta de
perpendicularidad que puede existir entre un extremo del eje o en las
superficies de los componentes rígidamente montados en él.
Los problemas de falta de redondez o perpendicularidad “runout” tienen tres
categorías:
– El semicople tiene el agujero descentrado.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 37
– El eje esta combado.
– El semicople tiene el agujero inclinado.
VELOCIDAD DE LA MÀQUINA (RPM)
MÀXIMO PERMISIBLE RUNOUT TOTAL INDICADO (RTI)
0 - 1800 5 mils (0.13 mm)
1800 - 3600 2 mils (0.05 mm)
3600 a más Menos de 2 mils (0.05)
La medición del runout puede ser difícil algunas veces. Los “puntos altos” y las
“cuestas” no son la misma cosa. Los “puntos bajos” y los valles tampoco son
los mismos. Los puntos altos y los puntos bajos deben producirse con un
desfase de 180 grados. Las cuestas o picos y los valles pueden producirse en
cualquier punto, o tal vez en varios puntos alrededor de la superficie exterior
del semicople por ejemplo.
ERRORES DE ACOPLAMIENTO.
ERROR DE CENTRADO. Cuando ocurre un error de centrado, el centro de los
ejes y los centros de las mitades del acople están separados realmente entre
sí, aun cuando los ejes estén alineados.
Figura Nº 3.2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 38
En este caso también se imponen fuerzas cuando los ejes son unidos
solidariamente, y los ejes giran deformados.
El error de centrado de un acoplamiento puede ser determinado con el reloj
comparador.
Muestra de cómo se debe sujetar el reloj comparador:
Gire los 360° el cubo
del acoplamiento
Figura Nº 3.5.
Figura Nº 3.4.
Figura Nº 3.3.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 39
ERROR DE FACEADO. Se está 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 ejemplo por no estar perpendiculares al eje de giro
común a ambos ejes.
Otra forma de
sujetar el reloj
comparador
Figura Nº 3.6.
Figura Nº 3.7.
Figura
3.2
Figura Nº 3.8.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 40
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.
El error de faceado (pandeo) de un acoplamiento puede ser determinado con el
reloj comparador.
Eje doblado
(pandeo)
Posición oblicua del
cubo del acoplamiento
(pandeo)
Los puntos altos no
están en el mismo
lugar
Figura Nº 3.9.
Figura
3.2
Figura Nº 3.10.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 41
ERROR 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 acople. En la Figura N°
3.12. se demuestra con dos elementos de unión.
En forma similar al error de faceado, el error de centrado de un acople puede
ser determinado con un comparador.
Figura Nº 3.11. Comprendiendo la lectura del reloj comparador
para la determinación el error de centrado.
Punto alto Punto bajo
0° 90° 180° 270°
Figura Nº 3.12.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 42
3.4. PIE FLOJO (SOFT FOOT).
Unos de los problemas más prevalecientes en el alineamiento de la maquinaria
rotativa puede atribuirse al problema de interferencia de la carcasa de la
máquina con el plato – soporte. Cuando una máquina rotativa se monta en su
base – estructura – plato de asiento y una o más de una de sus patas no está
haciendo buen contacto en los puntos de asiento en la estructura. Esto puede
atribuirse a estructuras alabeadas, a defectos similares en la carcasa, al
maquinado defectuoso de las patas del equipo, al maquinado defectuoso del
plato – soporte o a una combinación de un alabeado y una carcasa dispareja. A
este problema comúnmente se le refiere como “pie flojo”. El pie flojo
generalmente describe cualquier condición en la que exista un contacto
deficiente entre las partes exteriores de las patas de la carcasa de la máquina
y el lugar con el plato – soporte o estructura. Los problemas de pie flojo
parecen ser peores en los platos – soportes prefabricados que en los platos –
soportes fundidos. Un plato – soporte prefabricado esta normalmente hecho de
secciones de canal, ángulos de acero, de tubería estructural o de vigas en L.
Estas piezas se sueldan para construir la estructura. La posibilidad de cortar las
piezas a 45° o 90° con exactitud y luego soldarlas es muy escasa, sin embargo,
tampoco los platos – soporte fundidos están exentos de estos problemas.
Incluso en los platos – soporte que hayan sido fundidos en arena y que las
patas de las máquinas hayan sido maquinadas, es posible que durante el
proceso de instalación la estructura haya sido distorsionada cuando se estaba
posicionando en el pedestal de concreto introduciendo un problema de soft
foot.
Hay dos razones importantes por las que esto debe ser corregido:
– Dependiendo en que secuencia los pernos de anclaje se ajusten, la línea
central de rotación puede cambiar a distintas posiciones provocando una
frustración cuando se esté tratando de alinear la maquinaria.
– El ajuste de cualquier perno de anclaje que no esté haciendo buen contacto
provocara en la carcasa de máquina una distorsión de los juegos y
tolerancias prefijadas en componentes críticos.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 43
Variedad de condiciones que pueden existir:
– La maquinaria puede cabecear a través de las dos diagonales entre
esquinas o pueden cabecear de extremo a extremo.
– Es común ver tres de las patas asentar bien y la cuarta no.
– Es posible que se tenga “filos de contacto” en el interior de la pata y que la
parte exterior de esa pata presente una luz.
En cualquier problema que se use, hay seis problemas que se necesitan tratar:
– La mayoría de los problemas de pie flojo son situaciones de espacios no
paralelos.
– Una o más de una pata de la máquina puede no estar haciendo contacto si
está o no paralela la pata al plato – soporte.
– Es posible que se introduzca un ligero problema de pie flojo cuando se
intente corregir el alineamiento añadiendo más lainas en un extremo de la
carcasa de la máquina que en el otro.
– Puede producirse un alabeado térmico de la base o de la estructura de la
máquina durante el funcionamiento que puede alterar los problemas de pie
flojo observados cuando la máquina estuvo parada.
Figura Nº 3.13.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 44
CORREGIR ERRORES DE PIE FLOJO.
– Aliviar o descargar todos los esfuerzos en la carcasa de la máquina y base
– soporte.
– Verificar el cabeceo de la carcasa y medición de la luz alrededor de los
pernos de anclaje.
– Corregir la soltura de pie.
– Verificar la corrección en la soltura de pie.
PASO 1:
ALIVIR LAS TENSIONES EN LA CARCASA Y LA BASE SOPORTE.
Si las máquinas han estado funcionando por un tiempo y hay lainas debajo de
los pies y se sospecha que la soltura no ha sido corregida, retire todas las
lainas existentes y asiente la carcasa en la base – soporte.
Figura Nº 3.14.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 45
Proceder a limpiar el lado inferior de cada pie y el lugar de contacto en la base.
Retirar toda suciedad, oxido y lainas viejas de la parte inferior de los pies. De
ser necesario utilice lija para limpiar las superficies debajo de los pies y en los
puntos de contacto en la base – soporte.
Instalar los pernos de anclaje pero no los ajuste, tratar de centrar la carcasa de
la máquina en los agujeros de sus pernos de anclaje y realice un alineamiento
“grueso” de las unidades.
PASO 2:
VERIFICACIÒN DE LAS CONDICIONES DE CABECEO DE LA CARCASA Y
MEDICIÒN DE LA LUZ.
Con los pernos de anclaje completamente desmontados, o muy sueltos en sus
agujeros, verificar si la máquina pueda cabecear de esquina a esquina o de
extremo a extremo o de lado a lado. De ser el caso, determinar que la caja de
la máquina pueda acomodarse a la placa de base en la mejor posición.
Sostener la máquina en esa posición con el “apriete manual” uno o más de los
pernos y mida por los cuatro lados alrededor de ese perno.
Después medir cuatro pernos alrededor de cada uno de los agujeros de los
pernos restantes con un sistema de galga y registre las lecturas en cada punto.
Figura Nº 3.15.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 46
Figura Nº 3.16.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 47
PASO 3:
CORRECCIÒN DE LA SOLTURA DE PIE.
Eliminar la “soltura de pie” de cada pie instalando lainas completas en forma de
“U” (si se tiene una luz igual por los cuatro lados alrededor del agujero del
perno) o si tiene una luz desigual construya una “escalera a manera de cuña”
con las lainas en forma de “L” o “J” o con las lainas recortadas e instale la cuña
especial bajo cada pie que necesite corrección.
Figura Nº 3.17.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 48
Si se tiene que construir una “escalera de lainas” con lainas en forma de “L”, “J”
o recortadas, en lo posible tratar de mantener la forma de una laina en forma
de “U” para facilitar la instalación de lainas juntas. Más adelante se podrán
instalar adicionales bajo los pies para variar la altura o separación de la
carcasa de la máquina cuando alinee. Si el paquete de lainas del pie flojo están
agrupadas cuidadosamente en forma de “U”, fácilmente puede retirar el
paquete de lainas del pie flojo y adicionar lainas en la parte inferior o superior
del paquete y luego reinstalar el conjunto de lainas “entero” sin desordenar el
paquete.
NOTA: Después de instalar las lainas de corrección bajo los pies, es bastante
útil observar si la condición de soltura ha sido eliminada. Para hacer esto,
ajustar inicialmente a mano un perno y luego con una llave tratar de ajustar
completamente el perno. Si el perno se ajusta muy rápidamente la condición de
soltura probablemente ha sido corregido. Pero si es necesario girar ¼ o ½ y los
pies parecen no estar ajustados, la soltura probablemente subsiste; de ser así,
vuelva a probar con otro paquete de lainas.
Figura Nº 3.18.
Figura
3.2
Laina
completa a la
medida en U
Laina
en J
Laina en
L
Laina en U
parcial
Laina en
U parcial
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 49
Ejemplo de corrección de la soltura de pie.
Figura Nº 3.19.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 50
PASO 4:
VERIFICACIÒN DE LA CORRECCIÒN DE LA SOLTURA.
La verificación para observar si la condición de soltura de pie ha sido eliminada
puede hacerse por alguno de los siguientes métodos:
– Método de pernos múltiples y de los indicadores múltiples.
– Método de pernos múltiples y de un indicador.
– Método del movimiento del eje.
– Método de un perno y un indicador.
La manera correcta para corregir la soltura del pie es asegurar que el contacto
cruce completamente los ejes de coordenadas o axisas de cada uno de los
agujeros de los pernos. Idealmente sería mejor conseguir un contacto anular
total alrededor de cada agujero del perno, pero esto requiere la fabricación de
lainas en cuña compuesta, lo que es bastante complicado.
Figura Nº 3.20.
Figura
3.2
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 51
MATERIAL Y CARACTERÍSTICAS DE LAS LAINAS.
Para alinear las máquinas en sentido radial o compensado, pueden
suplementarse sus bases con chapas de bronce o aceros inoxidables. Estás se
proveen en tamaños normalizados y espesores calibrados.
No es aconsejable utilizar chapas galvanizadas, aluminio, u hojalata, ya que
corren el riesgo de deterioro prematuro por el medio o intemperie.
Los suplementos y la base deben estar perfectamente limpios, libres de
rebabas. Las láminas de acero inoxidable se recomiendan que sean (AISI 304
o 403), y en Bronce estabilizado a deformaciones dinámicas según la norma
ASTM 1330. Debe tener la misma forma de la superficie de contacto de la
máquina. El espesor máximo de las lainas a usar es de 3mm o 1/8”, si es
mayor se debe usar un bloque sólido de acero comercial con el fin de que no
se presente el fenómeno de resorte y la alineación sea falsa.
Espesores: 0.05 – 0.10 – 0.20 – 0.25 – 0.40 – 0.50 – 0.70 – 1 – 2 mm.
Figura Nº 3.21.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 52
3.5. FUERZAS EXCESIVAS PRODUCIDAS POR LAS TUBERÍAS O
DUCTOS INSTALADOS.
La tensión en las tuberías hace referencia a la tensión presente sobre la
máquina ejercida por la tubería sobre el punto de acoplamiento entre ambas
partes. Estas fuerzas pueden presentarse en cualquier dirección y pueden ser
muy grandes. La máquina reacciona ante esta tensión deformándose,
curvándose y fatigándose.
Estas tensiones son transmitidas a la estructura mediante los tornillos de
sujeción. Las fuerzas presentes pueden perturbar fácilmente el equilibrio de la
máquina causando desviaciones en los ejes y como consecuencia
desalineación. Se puede inferir fácilmente la magnitud de estas fuerzas si se
está presente en la etapa de montaje de las cañerías y máquinas. Los
operarios mecánicos utilizan puentes de grúa, diferenciales, y elevadores
hidráulicos para posicionar un tubo lo suficientemente cerca como para que
coincidan las bridas de sujeción, y luego utilizan los tornillos y tuercas para que
las partes se junten. La distancia entre las partes queda finalmente reducida a
cero y en una primera instancia pareciera que no hay desfases, pero en
realidad puede ser que la tubería hubiera quedado varios milímetros fuera del
punto de sujeción.
La tensión en las tuberías es un factor supremo, y es uno de los más
complejos de manejar porque no hay formas claras de determinar la cantidad y
dirección de las fuerzas actuantes. Si la persona que debe alinear el equipo
puede estar presente durante el montaje, ésta podrá predecir más fácilmente la
forma en que se manifestarán las tensiones en las tuberías. Sin embargo,
generalmente el encargado de la alineación llega al lugar una vez que el
montaje ha terminado, de esta manera no es posible determinar dónde y cómo
están presentes las tensiones con una simple inspección visual.
La tensión en la tubería no es un dato que lo suministre el fabricante. Cada
instalación merece una evaluación distinta. La tensión en las tuberías es un
factor que queda a criterio de evaluación de quien tenga que realizar la
alineación. Algunas personas prefieren ignorar este factor en una primera
medición; debido a que la dirección de las fuerzas actuantes es desconocida, y
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 53
entonces proceden a alinear la máquina normalmente. Luego una vez
establecido el régimen de velocidad y temperatura nominal se mide la
vibración. Si se registra un elevado nivel de vibración, se sospecha que puede
haber un efecto debido a tensión en las tuberías, y por tanto es el momento de
investigarlo.
Existen tres métodos alternativos para evaluar la tensión.
Uno de ellos es desconectar las bridas que unen la tubería a la bomba, lo que
conlleva a drenar dicha tubería. La desalineación de las bridas cuando son
desconectadas es un probable indicador de la tensión presente.
Los comparadores monitorean el movimiento de la carcasa de la bomba
cuando las bridas son tensadas nuevamente. Las lecturas del indicador son
una confirmación de la tensión presente en la tubería.
Los dos métodos siguientes no requieren de drenar la tubería. Uno implica
quitar los tornillos que sujetan a la máquina y observar hacia donde se
desplaza esta. Puede utilizarse un montaje con comparadores para monitorear
este movimiento, pero por lo general el desplazamiento es muy perceptible. En
muchas instalaciones se ha observado como la bomba se desplaza
completamente respecto de sus perforaciones de montaje, con lo cual se
comprueba no solo la tensión presente sino también que la máquina está
siendo sujetada por la tubería.
El último método alternativo es utilizar el montaje de los comparadores
inversos.
Los comparadores son observados mientras se aflojan los tornillos de sujeción
de la máquina. Una medición de 0,05 mm o más no es aceptable.
Estas pruebas determinan la presencia de tensión sobre las tuberías, y lo
correcto es solucionarlo eliminándola completamente. Los operadores que
realizaronel montaje de la bomba deben regresar y corregir las desviaciones.
Algunas veces, sólo es necesario revisar y corregir los anclajes de la tubería
pero otras veces se requiere cortar y soldar nuevamente.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 54
La mejor forma de trabajar con problemas de tensión sobre las tuberías es
anticiparse al problema; es decir, prevenirlo. Una simple inspección visual
durante el montaje es suficiente. Existen límites de tolerancias a la hora de
realizar los acoplamientos entre las partes con sus bridas correspondientes,
que deben ser respetadas. Otra acción preventiva es requerir que los
comparadores no acusen variaciones superiores a 0,05 mm. durante el armado
final de la tubería.
Luego de que el montaje ha terminado, una inspección visual puede dar como
resultado una sospecha de tensión presente si existe alguna de las siguientes
condiciones:
– Soportar tuberías rígidas y calientes lo más cerca de la bomba posible.
– Tuberías largas que contienen fluidos pesados.
– No se encuentran conectores de tuberías flexibles en la bomba.
En resumen, la tensión en la tubería, es generalmente la mayor causa de
errores en la alineación de una bomba. Es particularmente difícil de manejar
pues no se cuenta con indicadores directos de su existencia. Se debe
inferir su presencia a partir de mediciones indirectas. No hay forma de
compensarla mediante un offset. Debe ser corregida.
Figura Nº 3.22. Montaje de los comparadores para verificar variaciones de las tuberías.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 55
ANOTACIONES.
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………-
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 56
IV. MÉTODOS DE ALINEAMIENTO DE EJES E INSTRUMEN-
TOS DE MEDICIÓN.
No hay un método o dispositivo de medición que pueda resolver todos los
problemas que posiblemente existan en los diversos tipos de sistemas de
transmisión de máquinas rotativas. El saber cómo ejecutar la medición de la
posición del eje de una manera diferente permite verificar si los datos de la
técnica inicial son válidos.
Es importante comprender cada una de estas técnicas básicas de medición
dado que todos los sistemas de medición del alineamiento existentes utilizan
uno o más de estos métodos prescindiendo de los sensores de medición
utilizados para obtener la información de la posición del eje.
4.1. MÉTODOS DE ALINEAMIENTO.
A. Método de la regla / galgas.
Consiste en comparar la posición de los acoples o los ejes poniendo sobre sus
superficies una regla, que permita apreciar si hay luz entre los dos lados.
La valoración se realiza utilizando la galga de lainas; con el valor allí medido se
corrigen la altura y la lateralidad, quitando o sacando lainas, o desplazando
lateralmente.
Para la angularidad o medida entre caras se introduce las galgas entre las
caras del acople, realizando las comparaciones arriba-abajo (para la vertical), y
derecha- izquierda (para la horizontal). Si en las comparaciones existen
Introducir aquí la galga con
una cantidad tal de lainas
que entre ajustado. Luego
se suman los valores de las
lainas que entraron.
Figura Nº 4.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 57
diferencias, se realizan las correcciones mediante movimientos laterales y
verticales que buscan igualar las medidas comparativas.
Las desventajas de este método son referentes al error acumulado en
las mediciones, entrando a jugar un papel determinante el estado del acople;
una deformación será medida como un desalineamiento; además si el acople
no es exactamente perpendicular al eje, también habrá un error que será más
grande entre mayor sea su diámetro.
En la mayoría de ocasiones, erróneamente se aplica este método realizando
las correcciones por prueba y error.
B. Método del reloj comparador.
Método cara y periferia.
Se utiliza aquí los mismos principios anteriores, pero se aprovecha la
utilización de dosinstrumentosdeprecisiónparallevar a cabo una aplicación más
organizada de los principios geométricos planteados al inicio.
Se comparan los valores
arriba-abajo; si existe una
situación como esta, deberá
subirse la máquina móvil de
la parte trasera. Igualmente
se comparan derecha-
izquierda; para este caso se
deberá mover la parte
trasera de la maquina móvil
hacia la izquierda.
Figura Nº 4.3.
Figura Nº 4.2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 58
Método del dial invertido.
Este es el método que garantiza los mejores resultados, y que
paradójicamente es más fácil de aplicar sin ser el más utilizado. Igual que en
el método anterior, se tendrá la máquina acoplada, aunque también se puede
realizar con máquina desacoplada.
Figura Nº 4.4.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 59
COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS.
MÉTODO UTILIZADO
CARACTERÍSTICAS RADIAL - AXIAL RADIAL - RADIAL
MONTAJE
Se dificulta por cuanto la luz de la mayoría de acoples no permite el ingreso de un comparador que mida axialmente.
Es más sencillo porque cada vástago soporta un comparador. Los kits comerciales que existen producen una deflexión mínima. Requiere que los comparadores queden distanciados axialmente para minimizar el error de la desviación angular.
CONFIABILIDAD DE LAS MEDIDAS
Si se aplica con máquina acoplada es buena pues se evita que los palpadores deslicen y lleguen a leer como desalineamiento algunos defectos como protuberancias, hendiduras, torceduras, etc.
Sucede lo mismo que el método radial-axial.
PRECISIÓN Relativa. Aceptable.
APLICABILIDAD
Es comparativamente más engorroso. Se requiere demasiado cuidado en cada paso para lograr la misma precisión del otro método.
Aceptable, por la simplicidad de sus pasos y por la forma tan directa con que interpreta las mediciones para representar la situación real de la máquina.
Por sus características el método radial – radial o de los comparadores
inversos tiene mayor similitud con lo aplicado por los equipos láser de
alineamiento.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 60
C. Método alineamiento láser.
Sabiendo que la calidad de la alineación es determinante para la confiabilidad
de la maquinaria rotativa, siempre se han tratado de hacer optimizaciones tanto
en los procedimientos como en los elementos utilizados, con el propósito de
garantizar mayor precisión. El factor más determinante en este proceso lo
constituyó la introducción del rayo láser, por la empresa Alemana Prüftechnik
Alignment Systems. El primer equipo de alineación láser del mercado, fue
el Optalign, lanzado en 1984.
4.2. COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE ALINEAMIENTO.
– Alineamiento con regla al ojo humano es limitada 1/10 mm (0.004”) no
recomendable.
– Alineamiento con diales tiene una precisión de 1/100 mm (0.0004”) es decir
10 veces la de la regla.
– Alineamiento con láser tiene una precisión de 1/1000 mm (0.00004”).
Figura Nº 4.5.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 61
4.3. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN.
Instrumentos básicos:
– Indicadores de dial.
– Reglas y cintas de estándares de medición.
– Galgas de láminas.
– Pie de rey.
– Micrómetro.
El uso de estos instrumentos es casi de “carácter obligatorio” para una persona
que realice un trabajo de alineamiento.
Figura Nº 4.7.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 62
V. TÉCNICAS DE ALINEAMIENTO: MÉTODO CARA Y
PERIFERIA.
Este es un buen método a usarse en situaciones donde uno de los ejes de la
máquina no puede rotarse, o es difícil la rotación de uno de los ejes de la
maquinaria.
NOTA: La lectura axial puede tomarse en el lado frontal o posterior del
acoplamiento.
5.1. PASOS PARA REALIZAR EL MÉTODO DE PERIFERIA Y CARA.
– Montar los accesorios del indicador dial.
– Medir las dimensiones A, B,C.
– Registrar las lecturas que encontró.
– Determinar las posiciones (valores) verticales.
– Hacer las correcciones verticales.
– Hacer las correcciones horizontales.
– Medir de nuevo y anote los valores finales de la alineación.
Figura Nº 5.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 63
5.2. MONTAR LOS ACCESORIOS DEL INDICADOR DIAL.
Para montar los accesorios debe seguir los siguientes pasos:
1. Con el acoplamiento regulable, monte la instalación fija al árbol fijo o al eje
del acoplamiento.
2. Extienda una varilla a través del acoplamiento.
3. Gire la instalación fija a 12:00 en punto.
4. Una el indicador dial a la cara. El embolo del indicador del dial se debe
centrar para el recorrido del borde o periferia. El embolo del indicador del
dial se debe centrar para el recorrido positivo y negativo igual.
5.3. PRECAUCIONES DE MONTAJE DE LA INSTALACIÓN FIJA.
Independiente del hardware especifico que es utilizado, las precauciones
siguientes deben ser observadas:
– Nunca conectar el accesorio a la parte flexible del acoplamiento.
– Maximizar la distancia del barrido del indicador del dial de la cara para la
geometría de la máquina que es alineada. Si el dial de la cara entra en
contacto con la cara del acoplamiento directamente, asegure que el embolo
del indicador contacte cerca del borde externo del acoplamiento.
– Asegurarse que las instalaciones fijas se monten en una posición donde la
rotación sea posible. Es deseable tener una rotación de 360 grados.
– Antes de obtener medidas de la alineación, determinar la holgura de la barra
del indicador (SAG) del dial de la cara y del dial de la periferia y asegure las
lecturas del indicador del dial que sean válidas y repetibles.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 64
5.4. MIDIENDO LAS DIMENSIONES A, B, C.
Para medir Dimensiones A, B, C, seguir los siguientes pasos:
– La dimensión “A” es el diámetro de contacto de la cara por la que el
indicador va a girar. La dimensión “A” debe ser un poco menor que del
diámetro del acoplamiento.
– La dimensión “B” es la distancia del indicador de la periferia al centro
delantero del perno del pie. Esta dimensión se mide paralelo al árbol.
– La dimensión “C” es la distancia entre el centro del tornillo delantero y el
centro del tornillo trasero. Esta dimensión se mide paralelo al árbol.
5.5. OBTENIENDO LECTURAS.
Para obtener un conjunto completo de lecturas, realice los siguientes pasos:
1. Rotar los indicadores del dial a 12:00.
Figura Nº 5.2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 65
2. Fijar el indicador del dial del borde o periferia al valor positivo de la holgura
(SAG).
3. Poner el indicador del dial de la cara en cero.
4. Registrar la posición de ambos diales en 12:00
5. Girar los indicadores a las 3:00.
6. Determinar y registre la lectura en ambos diales.
7. Girar los indicadores a las 6:00.
8. Determinar y registre la lectura en ambos diales.
9. Girar los indicadores a la 9:00.
10. Determinar y registre la lectura en ambos diales.
11. Girar los indicadores a las 12:00 y asegúrese de que ambos diales regresen
a su posición original.
Figura Nº 5.3.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 66
5.6. MIDIENDO E INTERPRETANDO EL DESALINEAMIENTO VERTICAL.
Para medir el desalineamiento vertical, realizar los pasos siguientes:
1. Rotar los indicadores a las 6:00.
2. Poner el indicador de cara en cero (0).
3. Fijar el indicador del dial del borde al valor de la holgura (SAG).
4. Girar ambos arboles a 12:00.
5. Registrar los valores del indicador del dial del DIR y del DIF.
Para determinar el desalineamiento paralelo y el desalineamiento angular de la
lectura del dial a las 12.00, utilice las reglas siguientes:
Figura Nº 5.4.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 67
5.7. MIDIENDO E INTERPRETANDO EL DESALINEAMIENTO HORI-
ZONTAL.
Para medir el desalineamiento horizontal, realice los siguientes pasos:
1. Rotar los indicadores a las 9:00.
2. Fijar ambos indicadores en cero.
3. Rotar ambos arboles a las 3:00.
4. Registrar los valores del indicador del dial de DIF y de DIR.
Para determinar la desviación y el ángulo de las 3:00 TIR, utilice las siguientes
reglas:
Figura Nº 5.5.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 68
5.8. CÁLCULO DE LA POSICIÓN DELANTERA Y TRASERA DE LAS
“PATAS”.
Cálculo delantero:
Cálculo trasero:
1. Los valores positivos significan que las patas están muy altas, deben de
retirarse lainas.
2. Los valores negativos significan que la pata está muy baja, se deben
agregar lainas.
Di
me
nsi
ón
“A
”
Figura Nº 5.6.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 69
5.9. PRECAUCIONES PARA EL CÁLCULO DE BORDE-CARA.
1. Asegurarse que los indicadores de dial del borde y de la cara se determinen
correctamente antes de realizar cálculos.
2. Tener cuidado de no cometer errores matemáticos al operar números o los
valore registrados.
3. Observar los paréntesis en las ecuaciones. Realizar las operaciones del
paréntesis primero.
4. No cometer errores humanos que sustituyan valores verdaderos en las
ecuaciones.
5. Asegurarse de que las dimensiones A,B,C sean exactos y usados
apropiadamente en las ecuaciones.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 70
VI. EL RELOJ COMPARADOR.
El reloj comparador es un instrumento de precisión utilizado para medir, en
condiciones estáticas, la posición relativa entre dos elementos.
Funciona por un palpador o pistoncillo que se mueve a lo largo de una guía;
cuando entra hacia el cuerpo del comparador mide valores positivos y cuando
sale mide valores negativos, los cuales son leídos por la indicación de una
aguja sobre una escala graduada con precisión hasta media milésima de
pulgada (0.0005”). En la parte interna del círculo de la escala graduada existe
otra pequeña escala para contabilizar giros completos en los casos en que los
valores a medir sea grandes.
6.1. PARTES DE UN RELOJ COMPARADOR.
1 Palpador. 7 Aguja cuenta vueltas.
2 Eje Cremallera. 8 Indicador de tolerancias.
3 Vástago de sujeción. 9 Bloqueador o fijador de carátulas.
4 Aro. 10 Caja y tapa.
5 Carátula. 11 Mica protectora.
6 Aguja principal.
Figura Nº 6.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 71
6.2. REGLA VÁLIDA.
Debido a la geometría de la medición alrededor de la circunferencia de un eje,
emerge un patrón al cual comúnmente se le refiere como la REGLA VÁLIDA.
La validez de la Regla establece que cuando se toman las dos mediciones a
90° a cada lado del punto definido como “cero”, sumados estos, serán igual a la
medición tomada 180° tomada desde el punto “cero”.
Verificación y veracidad lecturas tomadas.
La suma algebraica debe cumplirse, de lo contrario proceda a verificar:
– Rigidez del montaje.
– Revisar que el pin del comparador este leyendo en todo su recorrido.
– Que el sistema donde está montado el comparador, o este mismo no esté
siendo golpeados por algún elemento durante su recorrido.
Figura Nº 6.3.
Figura Nº 6.2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 72
En los siguientes ejemplos de la validez de la Regla, todas las reglas inferiores
son el resultado de la suma de los lados.
La regla válida es importante por dos razones:
Para asegurar que se están obteniendo mediciones precisas cuando se miden
las posiciones de desalineamiento de los ejes de las máquinas, de lo contrario
los siguientes movimientos se harían en base a mediciones imprecisas.
No será necesario rotar toda la vuelta para determinar la posición de las líneas
centrales de los ejes. Si se toman tres mediciones en un arco de 180°, se
puede determinar cuál sería la otra lectura sin necesidad de medir en esa
posición. Esto es muy importante en equipos con restricciones físicas que
impiden recorrer todo el circuito completo (guardas de los soportes, líneas de
lubricación, etc.).
(T) +
(B) =
(L) +
(R)
(0)
+ (-8)
= (-
14) +
(+6)
- 8 = -
8
Figura Nº 6.4.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 73
De hecho, posible determinar la posición de las líneas centrales de los ejes en
un recorrido de menos de 180°. Este tipo de mediciones son llamadas lecturas
de “arco parcial”. Sin embargo, hay imprecisiones inherentes cuando intenta
determinar las posiciones de las líneas centrales partiendo de las lecturas de
un “arco parcial”.
6.3. LAS MEDICIONES SE TOMAN A INTERVALOS DE 90°.
En los equipos rotativos montados horizontalmente los ajustes se hacen a la
carcasa de la maquinaria para alinear los ejes en dos planos, el plano de arriba
abajo (ejemplo movimiento lateral).
Los ajustes verticales que se hacen a las carcasas de la maquinaria rotativa
están basados en las mediciones hechas a las 12 y 6 en punto. Los ajustes
laterales que se hacen a las carcasas de la maquinaria rotativa están basados
en las mediciones hechas a las 3 y 9 en punto.
En las máquinas orientadas verticalmente, sin embargo, es obvio que no hay
parte superior e inferior. En este caso, debe determinarse cuáles serán los
planos de movimiento-traslación en la carcasa de las máquinas y obtener las
medidas en esos planos.
Figura Nº 6.5.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 74
6.4. DEFLEXIÓN DEL SOPORTE DEL RELOJ COMPARADOR (Sag).
Siempre que se use soportes mecánicos e indicadores de dial para medir las
posiciones de los ejes, la flecha del soporte / barra (Sag) debe de medirse y, lo
más importante, compensarse.
El tramo de barra es una viga en voladizo que se pandea por su propio peso y
por el peso del dispositivo que está sujeto en el extremo de la barra, debido a la
fuerza gravitacional de la tierra.
La flecha del soporte de fijación es un fenómeno que no solo afecta a las
mediciones radiales / circunferenciales, sino que afecta también a las
mediciones axiales. Intentar alinear la maquinaria basado en mediciones que
no han sido compensadas producirá un cambio de lainas incorrecto en el
intento de rectificar el desalineamiento vertical. Este es uno de los errores
típicos de las personas que alinean máquinas rotativas.
Figura Nº 6.6.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 75
Factores que afectan la cantidad de luz o pandeo que se tendrá en toda
disposición de soporte mecánico:
– La cantidad de peso en voladizo (el peso de la barra más el peso del
indicador en el extremo de la barra).
– El largo de la barra.
– La rigidez del largo de la barra.
– La fuerza de la abrazadera del soporte al eje.
Normalmente cuando se va a alinear una máquina rotativa, hay varias cosas
que no sabe hasta que instale el sistema de medición en los ejes. No tiene
datos sobre los diámetros de los ejes en los que se sujetaran los soportes, ni
sabe cuál es la altura o la luz que necesita estar la barra desde el punto de
contacto en cada eje, ni conoce la distancia eje a eje.
Al tomar mediciones de alineamiento siga el siguiente procedimiento para
medir y compensar la flecha del soporte:
– Instalar el soporte, barra espaciadora e indicador en la maquinaria que se
está alineando.
– Tomar una seria de mediciones de eje a eje y registrar los datos. Estos
serán referidos como las mediciones de “campo”.
– Desmontar el conjunto sujetador, barra espaciadora, indicador; hacerlo
cuidadosamente para no alterar la longitud de la luz de la barra, la
configuración de la barra y distribución del sujetador. Usar el mismo
indicador que uso para medir las lecturas.
– Buscar un tramo de tubo rígido y una barra de longitud suficiente para poner
el sujetador. Tratar de seleccionar un pedazo de tubo rígido con un diámetro
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 76
cercano al del eje donde el sujetador ha sido instalado cuando midió
posiciones eje a eje.
– Poner el indicador en la posición superior y asegúrese de que el vástago
tenga precarga de parte de su carrera y ponga a cero el indicador.
– Sujetar el conjunto en la posición horizontal y rote todo el tubo-soporte-
barra-indicador dial a través de arcos de 90° y anote las lecturas en cada
posición (particularmente la de la parte inferior) y registre lo que observa.
Estas son referidas como las lecturas de “flecha”. Usualmente las lecturas
en cada uno de los lados son la mitad de las lecturas en la parte inferior y
todas las lecturas tienen un valor negativo (comúnmente pero no siempre).
– Calcular que las lecturas hubieran sido registradas, si hubiera usado un
soporte que no tuviera flecha o pandeo. Estas están referidas como lecturas
compensadas.
Ejemplo de compensar la fecha SAG del soporte.
Si se calibra CERO a la lectura superior entonces sumar 2 x Sag a la lectura
inferior.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 77
Figura Nº 6.7.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 78
Si se calibra CERO a la lectura inferior entonces restar 2 x Sag a la lectura
superior.
Figura Nº 6.8.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 79
Resolver:
¿Cuánto son las medidas compensadas, si se calibra CERO a la lectura
inferior?
Figura Nº 6.9.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 80
¿Cuánto son las medidas compensadas, si se calibra CERO a la lectura
superior?
Figura Nº 6.10.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 81
6.5. LAS LECTURAS CIRCUNFERENCIALES (RADIALES) SON EL DOBLE
DE LA CANTIDAD DE DESPLAZAMIENTO O DESCENTRADO
(OFFSET).
Siempre que las mediciones se tomen a 180° alrededor del perímetro de un eje
o cubo del acoplamiento, el valor medido es el doble de la cantidad del
desplazamiento entre las líneas centrales.
Siempre que las mediciones se tomen a 180° alrededor del perímetro de un eje
o cubo del acoplamiento, el valor medido es el doble de la cantidad del
desplazamiento entre líneas centrales como se muestra en la figura. Este
hecho de las medidas debe tomarse en cuenta cuando se calculan los
movimientos vertical y horizontal de la maquinaria y se aplica a todos los
métodos de medición de INDICADOR DEL DIAL. Se aplica a las lecturas
radiales obtenidas por el método axial-radial, pero las lecturas axiales se toman
al valor axial leído (NO SON EL DOBLE DEL VALOR).
Figura Nº 6.11.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 82
6.6. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EXACTITUD DE LOS RELOJES
COMPARADORES.
Hasta el advenimiento de los sistemas láser de alineamiento, lo relojes
comparadores habían probados capacidad para hacer resultados de
alineamiento precisos. Sin embargo, estos son susceptibles a ciertos factores
que pueden comprometer la precisión.
Deflexión del soporte del comparador: Debe medirse siempre antes de que
se realicen las lecturas de alineamiento, no importa que tan sólido parezca el
soporte.
Fricción interna / histéresis: Algunas veces el reloj debe golpearse para que
la aguja indique su valor final (el cual puede no ser el correcto).
Figura Nº 6.12.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 83
Resolución 1/100 mm: Hasta 0.005 mm de error puede darse en cada lectura,
hasta un total de 0.04 mm de error en valores pueden acumularse para los
cálculos. Este puede fácilmente ser confundido muchas veces que se obtienen
resultados de los acoples o en las patas.
Errores de lectura: Error humano simple que pueden ocurrir con frecuencia
cuando los relojes son leídos bajo condiciones de estrechez, cansancio y
condiciones severas de trabajo.
Juegos en las uniones mecánicas: Las solturas pequeñas no se notan, pero
producen grandes errores en los resultados.
Inclinación del reloj: Este puede no haber sido montado perpendicularmente
a la superficie de medición por lo que parte de la lectura de desplazamiento se
pierde.
Juego axial del eje: Puede afectar las lecturas en la cara del acople tomadas
para medir angularidad a no ser que se monten dos relojes axialmente.
Estas consideraciones incrementan el esfuerzo y riesgo de error en las
mediciones de reloj.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 84
VII. ACOPLAMIENTOS.
Los acoplamientos son los elementos diseñados para transmitir potencia de
una máquina conductora a una conducida que permiten según su función, una
adaptación a pequeñas desalineaciones, amortiguar vibraciones, dilataciones
técnicas, movimientos axiales de los ejes y la facilidad del montaje y posterior
mantenimiento de la máquina.
Las funciones de un acoplamiento son:
– Admitir cantidades limitadas de desalineación angular y paralelo.
– Transmitir potencia.
– Asegurar que no haya pérdida de lubricante de la caja de grasa del
acoplamiento a pesar del desalineamiento.
– Fácil de instalar y desmontar.
– Aceptar choque torsional y amortiguar la vibración torsional.
– Minimizar las cargas laterales en los cojinetes debido al desalineamiento.
– Admitir el movimiento axial de los ejes (extremo flotante).
– Permanecer rígidamente sujeto al eje sin ocasionar daños o frotación al eje
Mantener temperaturas estables.
Figura Nº 7.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 85
– Capacidad de funcionar bajo condiciones de desalineamiento (algunas
veces severas) cuando el equipo eventualmente asuma su posición normal
de operación.
– Proporcionar aviso de falla y protección contra sobrecarga para prevenir
una rotura temprana del acoplamiento.
7.1. CLASIFICACION DE LOS ACOPLAMIENTOS.
7.2. ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS.
Utilizados en sistemas con pequeños desalineamientos y en situaciones donde
las potencias altas se transmiten de eje a eje o en aplicaciones de bombas
verticales donde uno de los cojinetes del tren motriz soporta el peso(empuje)
de la armadura y de los rotores de la bomba. Las tolerancias de
desalineamiento para los acoplamientos rígidos son las mismas que las
aplicadas para las condiciones de “runout” en ejes individuales.
Figura Nº 7.2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 86
7.3. ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES.
Especificaciones de un acoplamiento flexible:
– Velocidad y potencia nominal.
– La potencia-torque máximo, a la máxima velocidad (expresado en
HP/RPM).
– Capacidad de desalineamiento: paralelo, angular, y las combinaciones.
– ¿Puede el acoplamiento aceptar la cantidad requerida de desalineamiento
cuando los ejes están fríos durante el arranque sin que falle?
– Flexibilidad torsional.
– Límites de rango de temperatura.
– El torque requerido de arranque y de funcionamiento.
– El diámetro de los ejes y la distancia entre ambos ejes.
7.4. DISEÑOS DE ACOPLAMIENTOS MECANICAMENTE FLEXIBLES.
7.4.1. ACOPLAMIENTOS DE CADENA.
– Capacidad: hasta 1000 HP, a 1800 RPM.
– Máxima velocidad: hasta 5000 RPM.
– Agujeros de ejes: hasta 8” (200 mm aprox.).
– Espacio entre ejes: determinado por el ancho
de la cadena, generalmente de 1/8” a 1/4” (3 a 6
mm aprox.).
VENTAJAS:
– Fácil de desmontar y montar.
– Poco número de partes.
DESVENTAJAS:
– Velocidad limitada debido a la dificultad de mantener los requerimientos de
balanceo.
– Requerimiento de lubricación.
– Admite desplazamiento axial limitado.
Figura Nº 7.3.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 87
7.4.2. ACOPLAMIENTOS DE ENGRANAJES.
– Capacidad: hasta 70000 HP.
– Máxima velocidad: 50000 RPM.
– Agujeros de ejes: hasta 30” (750 mm aprox.).
– Espacio de ejes: hasta 200” (5000 mm aprox.).
VENTAJAS:
– Admite libre movimiento axial.
– Capacidad de trabajar a velocidades altas.
– Bajo peso en voladizo.
– Buenas características de balance con ajustes apropiados y con la
curvatura del perfil en la punta del diente.
DESVENTAJAS:
– Requiere lubricación.
– Temperatura de operación limitada debido al lubricante.
– Dificultad para calcular las fuerzas y momentos de reacción de rotores de
maquinaria, ya que los valores del coeficiente de fricción entre los dientes
del engranaje varían considerablemente.
7.4.3. ACOPLAMIENTOS TIPO GRILLA.
– Capacidad: hasta 70000 HP.
– Máxima velocidad: 6000 RPM.
– Agujeros de ejes: hasta 20” (500 mm aprox.).
– Espacio de ejes: hasta 12” (300 mm aprox.).
VENTAJAS:
– Fácil de montar y desmontar.
– Larga historia de aplicaciones exitosas.
– Torsionalmente suave.
Figura Nº 7.4.
Figura Nº 7.5.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 88
DESVENTAJAS:
– Requiere lubricación.
– Limitación de temperatura.
– Limitación de velocidad.
7.4.4. ACOPLAMIENTOS TIPO REX – OMEGA.
– Capacidad hasta 67000 HP pero varia ampliamente con el diseño.
– Máxima velocidad: aproximadamente 5000 RPM.
– Agujero de eje: hasta 30” (75 cm aprox.).
– Espaciado de ejes: hasta 100”.
VENTAJAS:
– Desgaste mínimo del acoplamiento.
– Actúa como amortiguador y aislador de la vibración.
– Es torsionalmente suave.
– Acepta algún movimiento axial y amortigua la vibración axial.
DESVENTAJAS:
– Limitado en desplazamiento axial y oscilación.
– Los requerimientos del espaciamiento entre ejes son generalmente más
estrictos que otros tipos de acoplamientos.
– El desalineamiento excesivo transmitirá altas cargas a los ejes.
Figura Nº 7.6.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 89
7.5. LUBRICACIÓN DE ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES.
Dos métodos utilizados para la lubricación de acoplamiento:
– De una sola carga.
– De alimentación continua.
Los problemas que pueden producirse en los acoplamientos engrasados por
cargas son:
– Pérdida de lubricante debido a fugas en: los sellos de lubricación, los
canales de las chavetas, las caras de las bridas hermanadas, los tapones
de llenado.
– Calor excesivo generado en el acoplamiento por la lubricación deficiente,
desalineamiento excesivo o por la pobre disipación del calor dentro de la
guarda del acoplamiento el cual reduce la viscosidad y acelera la oxidación.
– Lubricación inadecuada.
7.6. ESQUEMA DE SELECCIÓN.
Figura Nº 7.7.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 90
7.7. MÉTODO DE SELECCIÓN POR FACTORES DE SERVICIO.
Los factores de servicio llevan en consideración:
– Tipo de accionamiento.
– Tipo de servicio.
– Clasificación de carga (uniforme, choques moderados o choques fuertes).
– Tiempo diario de trabajo.
– Frecuencia de partidas.
– Temperatura ambiente.
– Aceleración de masas.
7.7.1. FACTORES DE SERVICIO SON AGRUPADOS EN 4
FACTORES BÁSICOS:
F1 – Considera el tipo de máquina accionadora y de la máquina accionada, la
clase del accionamiento y de la máquina, tipo de carga, masa a ser aceleradas
y tipo de servicio.
F2 – Considera el tiempo diario de operación (hora/día).
F3 – Considera la temperatura ambiente (°C).
F4 – Considera la frecuencia de partidas (partidas/hora).
Fs = F1 x F2 x F3 x F4
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 91
Donde:
Meq = torque o momento equivalente [Nm].
Mmax = torque o momento máximo del acoplamiento [Nm].
N = potencia del accionamiento [kW] o [HP].
n = rotación del trabajo del acoplamiento [rpm].
C =
7.8. CONDICIONES DE BALANCEO.
– El grado de balanceo usual es el G 16 de acuerdo con la norma ISO 1940.
– Para velocidad periférica mayor que 25 m/s, recomendar un mínimo
balanceo dinámico conforme ISO 1940 G = 6,3.
V = [m/s].
π = 3,1416.
D = diámetro externo del acoplamiento seleccionado [mm].
n = rotación de trabajo del acoplamiento [rpm].
9550 para potencia en kW.
7030 para potencia en HP.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 92
ANOTACIONES.
I. ………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
VIII. TECNOLOGÍAS LÁSER PARA ALINEAMIENTO.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 93
Sabiendo que la calidad de la alineación es determinante para la confiabilidad
de la maquinaria rotativa, siempre se han tratado de hacer optimizaciones tanto
en los procedimientos como en los elementos utilizados, con el propósito de
garantizar mayor precisión.
Las ventajas más importantes del alineamiento Láser son:
– Precisión de alineamiento 10 veces superior, ya que ofrece una resolución
de 1µm.
– Los valores medidos son adquiridos pulsando una tecla, sin necesidad de
lectura y registro o ingreso manual de datos.
– Lectura directa del desplazamiento del acople y de los valores de corrección
para los apoyos.
– Montaje simple, en breve tiempo.
– No hay barras mecánicas de medida, y por lo tanto no hay desplazamientos
por gravedad (masa).
– Medida sobre distancias largas (importante con acoplamientos voluminosos
y con ejes intermedios).
LÁSER significa Light Amplified by Stimulated Emisión of Radiation (Luz
Amplificada por Emisión Estimulada de Radiación). Para su entendimiento, son
claves los siguientes conceptos:
– Fotónica: Campo de la electrónica que se refiere a elementos
semiconductores que emiten y detectan energía.
– Semiconductores: Normalmente son cristales “impuros” de silicio, que
contienen otros elementos tales como fósforo (tipo “n” debido a sus 5
electrones en su último nivel), o boro (tipo “p” debido a sus 3 electrones en
su último nivel). Dependiendo de ciertas condiciones, los semiconductores
pueden actuar como aislantes o como conductores.
Los detectores láser son fotodiodos semiconductores capaces de detectar
radiación electromagnética (luz) en un rango entre 350 a 1100 nm. Cuando la
luz impacta la superficie del fotodiodo, se produce una corriente eléctrica. La
mayoría de fabricantes de equipos láser de alineación utilizan detector de
10mm x 10 mm, y algunos utilizan uno de 20mm x 20 mm. Algunos fabricantes
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 94
utilizan fotodiodos bicelda (unidireccional), o celda-cuadrante (bidireccional)
para detectar el rayo láser. Cuando la luz impacta el centro del detector, las
corrientes salientes de cada celda son iguales. Cuando el rayo se mueve a
través de la superficie del fotodiodo, ocurre un desbalance de corriente
indicando la posición desfasada del rayo.
LED significa Light Emitting Diode (Diodo Emisor de Luz). Todos los diodos
emiten alguna radiación electromagnética cuando son polarizados
directamente. Cuando la corriente directa alcanza cierto nivel, llamado el punto
umbral (límite), ocurre la acción láser en el semiconductor. Los diodos de
galio – arseniuro – fosfuro emiten mucha más radiación que los diodos de
silicio, y son normalmente utilizados en sistemas láser con uniones de diodos
semiconductores.
Los fotodiodos son aquellos diodos que responden cuando están expuestos a
la luz (radiación electromagnética). Los diodos de silicio responden muy bien a
la luz y se utilizan normalmente para detectar la posición de la luz, cuando esta
impacta la superficie del diodo.
Los dos principales principios de medición son el del láser reflejado, y el del
láser directo. En el láser reflejado, el rayo viaja hasta un elemento reflector,
ubicado firmemente mediante abrazaderas al eje de la máquina que se
designa inicialmente como móvil. Al regresar e impactar el detector,
permite medir la posición relativa de la máquina móvil; al girar el conjunto, en
Figura Nº 8.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 95
el detector se formará una figura geométrica relacionada con el tipo y la
magnitud del desalineamiento entre las dos máquinas.
Las cabezas emisora y receptora realizan el papel de los comparadores de
carátulas con la inmensa ventaja de que no producen SAG para ninguna
distancia (vienen para más de 10 metros entre cabezas). Adicionalmente se
Figura Nº 8.3.
Figura Nº 8.2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 96
manejan señales microprocesadas con una altísima precisión. Para el tipo de
equipo como el de las Figuras Nº 8.2. y 8.3., las señales de las mediciones son
llevadas mediante un cable de comunicación a un microcomputador en el que
se ingresan los datos de distancias entre cabezas y de estas a las patas
de la máquina móvil; en un instante un programa interno calcula las
correcciones necesarias mostrándolas en un gráfico.
Hoy en día la tecnología ha desarrollado la transmisión de señales sin cable,
sino por emisión inalámbrica (radiofrecuencia, infrarroja, bluetooth). Mientras
anteriormente el rayo láser era invisible y se requería un accesorio detector
para enfocar el rayo en el receptor, hoy en día es visible facilitando mucho más
el proceso de montaje. El tipo de rayo utilizado es inofensivo y no produce
riesgo alguno a quienes lo operan. Ofrecen funciones avanzadas como:
– Detección de pata coja.
– Alineamiento de máquinas verticales.
– Alineaciones geométricas como rectitud, planitud, concentricidad,
paralelismo.
– Diagrama en tiempo real: Permite “ver” en pantalla los movimientos de
corrección para llegar justo donde se necesita.
– Barridos angulares mínimos, para utilizar en máquinas donde no es posible
realizar el giro completo de las máquinas. Aquí la precisión máxima se
garantiza si se cuenta con la posibilidad de medición continua, es decir, de
cientos de puntos, en lugar de los 3 o 4 habituales.
8.1. PRINCIPIO DE MEDICIÓN.
Sistema óptico láser para medir el estado de alineamiento, con;
1. Emisor láser con su detector incluido.
2. Prisma (reflector).
3. Sistema de sujeción a cadena.
4. Inclinómetro.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 97
El generador Láser que se monta en la máquina estacionaria con un sistema
autocentrante de fijación a cadena, emite un haz Láser hacia un prisma
montado en forma similar en el eje de la máquina a ser alineada. El prisma
refleja el haz hacia el generador donde alcanza un detector de cuadrantes.
Si los ejes están algo desalineados entre sí, el haz láser es reflejado y alcanza
al detector en un punto desplazado del centro de sus coordenadas. Ese
desplazamiento es medido en coordenadas X e Y con una resolución de 1
micra. Cuando la distancia entre el generador y el prisma se incluye en el
cálculo, la posición geométrica espacial de los ejes puede ser calculada en
función de los desplazamientos según X e Y.
8.2. EQUIPO DE MEDIDA.
El equipo de medida para el alineamiento consiste de:
– El generador láser y el detector.
– El prisma (reflector).
– Un dispositivo de fijación autocentrante a cadena para el generador y el
prisma.
Figura Nº 8.4.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 98
– Uno o dos inclinómetros para mediciones angulares.
– Una interface entre el generador y la instrumentación de medida.
– El instrumento de medida.
Figura Nº 8.5.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 99
8.3. DETERMINANDO EL ERROR DE ALINEAMIENTO Y LOS VALORES
DE CORRECCIÓN.
El procedimiento de alineación con un sistema óptico laser se divide en una
serie de etapas:
MONTAR EL GENERADOR LASER Y EL PRISMA.
Durante el montaje deben seguirse estrictamente las indicaciones incluidas con
el equipo. En la condición ensamblada, la disposición del conjunto debería
resultar similar a la figura mostrada.
Figura Nº 8.6.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 100
INGRESAR LAS DIMENSIONES DE LA MÁQUINA.
Como lo demuestra la figura ingresar datos dimensionales para permitir el
cálculo de los desplazamientos del acople, y la corrección en los apoyos,
partiendo de los valores medidos adquiridos.
Dimensiones de la máquina ser integradas al instrumento de medida:
- Distancia entre el generador y el prisma.
- Distancia entre el generador Laser y el apoyo más cercano de la máquina.
- Distancia entre los apoyos de la máquina.
- Distancia entre el plano central del acople y el prisma.
- Diámetro de acople.
ADQUISICIÓN DE LOS VALORES MEDIDOS.
Mirando desde la máquina a ser alineada hacia la estacionaria (o el generador
Láser) los ejes son rotados a las posiciones de reloj 9, 12, 3, y, si fuera posible
a la posición 6, en secuencia. En cada posición los valores son medidos y
almacenados en el instrumento.
Figura Nº 8.7.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 101
Es importante que los ejes se posicionen precisamente con el inclinómetro.
Si los ejes solo pueden ser girados en tres de las cuatro posiciones por causa
de restricciones de espacio, el instrumento de medida calcula los valores
faltantes de los valores adquiridos en las otras tres posiciones.
CÁLCULO DEL DESPLAZAMIENTO DEL ACOPLE Y VALORES DE
CORRECCIÓN DE LOS APOYOS.
La calidad del alineamiento de las máquinas se evalúa por el desalineamiento
del acople. Para ayudar a decidir si una condición de alineamiento requiere ser
mejorada, los instrumentos modernos de alineamiento Láser calculan él:
– Desalineamiento paralelo, vertical y horizontal.
– Desalineamiento angular vertical y horizontal.
del acople, partiendo valores medidos en los ejes, tornando en cuenta las
dimensiones de la máquina. Esos valores de desalineamiento no deben
exceder las tolerancias permitidas.
Figura Nº 8.8.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 102
VALORES DE CORRECCIÓN DE APOYOS.
Si el desalineamiento del acople está fuera de tolerancias, debe corregirse el
alineamiento de la máquina. A ese fin los instrumentos de alineación
proporcionan valores de corrección para cada apoyo indicando la magnitud y el
sentido en que debe moverse la máquina.
RECORDAR ESTAS REGLAS:
Valores positivos están por encima o alejados del observador.
Figura Nº 8.11. Alineación vertical.
Figura Nº 8.9.
Figura Nº 8.10.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 103
– Valores negativos están por debajo o hacia el lector.
MOVIENDO LA MÁQUINA.
Al proceder a ajustar la posición de la máquina, se recomienda que el ajuste
vertical sea hecho en primer término hacia arriba (usando herramientas de
suspensión adecuadas) y hacia abajo, si la máquinas requiere bajarse, como
es caso frecuente y luego se haga el ajuste horizontal.
MEDIDA DE VERIFICACIÓN, AJUSTE FINO.
Cuando se ha completado el ajuste de posición, el estado de alineamiento
obtenido deberá ser evaluado mediante un nuevo ciclo de medidas, y
comparando a las tolerancias.
Figura Nº 8.12. Alineación horizontal.
Figura Nº 8.13.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 104
IX. ALINEAMIENTO DE POLEAS.
9.1. CONTROLES DEL MANTENIMIENTO PREVENTIVO.
La parada de la máquina y la inspección cuidadosa. Después de realizar
estos controles, las transmisiones por fajas podrán mantener su eficiencia de
funcionamiento con seguridad.
– Siempre cortar la energía de entrada a la transmisión. Asegurar con
candado la caja de control y coloque una etiqueta con un
aviso:"Desconectado para el Mantenimiento. No conectar la energía y
deberá incluir una señal de peligro.
– Cerciorarse de que la energía esté cortada o apagado para la toda la
transmisión.
– Realizar una prueba para cerciorarse de que todo el circuito eléctrico ha
sido apagado.
– Poner todos los componentes de la máquina en una posición segura.
– Cerciorarse de que los componentes móviles estén trabados o estén en
una posición segura.
– Retirar la guarda y revíselo para saber si hay daño. Compruebe para saber
si hay muestras del desgaste o del rozamiento contra los componentes de
la transmisión. Limpie la guarda y si es necesario realinearlo para evitar
rozamientos.
– Revisar la faja para saber si hay desgaste o daño. Reemplace si es
necesitado.
Figura Nº 9.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 105
– Revisar las poleas para saber si hay desgaste y desalineamiento.
Substituya las poleas si está gastado.
– Revisar otros componentes de la transmisión tales como cojinetes,
ejes, montajes del motor y polines de tensado.
– Examinar el sistema de la línea a tierra (si es utilizado) y substituya los
componentes si es necesario.
– Comprobar la tensión de la faja y corrija el tensado si es necesario.
– Volver a inspeccionar la alineación de la polea.
– Volver a instalar la guarda o el protector de la faja.
– Volver a conectar la energía de encendido y ponga en marcha la
transmisión.
– Mirar o revisar cualquier inusual funcionamiento o poner atención a
cualquier ruido inusual.
– Deberán ser revisados las fajas y las poleas con detenimiento para
descartar:
o Deformación del perfil del canal de la polea.
o El perfil de la faja debe corresponder al perfil de la polea.
o Desgaste de la faja.
OK! Errado!
FAJA NUEVA FAJA GASTADA
Figura Nº 9.2. En las poleas
gastadas la faja ingresa por
debajo del diámetro exterior.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 106
9.2. ALINEAMIENTO DE POLEAS.
Se presentan dos tipos de desalineamiento:
– Desalineamiento paralelo.
– Desalineamiento angular.
Figura Nº 9.3. Verificando el estado de la polea con la ayuda de
la plantilla de perfiles para faja en “V”.
ANGULAR
EN VERTICAL
ANGULAR
EN HORIZONTALPARALELO
Figura Nº 9.4. Tipos de desalineamiento de poleas.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 107
9.3. ALINEAMIENTO CON LA REGLA RÍGIDA O CON UN HILO DE NYLON.
Alinear el borde recto a lo largo de la cara exterior de las poleas. Si la
transmisión está alineada correctamente, la regla rígida o un hilo de nylon
estirado entrará en contacto con cada polea uniformemente. La regla o el hilo
estirado (tirado firmemente) deben tocar los dos bordes externos de cada polea
en un total de cuatro puntos del contacto.
El desalineamiento paralelo produce ruido, da un acelerado desgaste de las
zonas de contacto tanto de la polea como de la faja de las poleas, deficiente
guiado y excesivas temperaturas. Se corrigen desplazando uno o ambas
poleas paralelamente.
Figura Nº 9.5.
Figura Nº 9.6.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 108
El desalineamiento angular produce excesivo desgaste del borde y de los
flancos de la faja, llegando revirarse y salirse de los canales. Se corrigen
moviendo uno o ambas poleas de la transmisión.
9.4. ALINEAMIENTO CON EL EQUIPO DE RAYOS LÁSER.
La comprobación del alineamiento y la corrección del desalineamiento con las
herramientas láser permiten realizar de una manera muy rápida y con
precisión.
Un equipo de alineamiento láser está conformado por el transmisor del rayo y
los receptores del raro (blancos). (Figura Nº 9.8.).
Los imanes de la herramienta pueden perder su fuerza de retención si se
calientan o caen. Por consiguiente evitar su uso en máquinas muy calientes.
Láser
Receptor
Figura Nº 9.7.
Figura Nº 9.8. Unidades en las poleas.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 109
9.5. CONTROL DE LA TENSIÓN DE LA FAJA.
La tensión de la faja es el paso final del mantenimiento preventivo; e incluirá la
retención de la faja. (Figura 9.9)
En transmisiones por fajas sincrónicas no está recomendada la retención de la
faja.
Con muy poca tensión las fajas en V pueden deslizarse o en las fajas
sincrónicas pueden saltar dientes.
La tensión óptima es la tensión más baja a la cual las fajas transmitirán energía
cuando la transmisión está a plena carga.
3
1
2
Figura Nº 9.8.Poleas perfectamente alineadas.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 110
9.6. PROCEDIMIENTOGENERALPARALATENSIÓNDELAFAJA.
– Medir en el centro de uno de los tramos (t) de la transmisión aplicando la
fuerza requerida para flexionar la faja desde su posición normal hasta una
distancia de:
2 mm. por cada 100 mm. de longitud de tramo (para las fajas en V).
1 mm. por cada 100 mm. la longitud de tramo (para fajas sincrónicas).
– Si la fuerza medida es menor que la fuerza mínima de la deflexión, tensar la
faja.
– Para las fajas nuevas se recomienda aplicar una tensión, hasta que la
fuerza de deflexión de la faja esté tan cerca como sea posible de la fuerza
máxima de la deflexión recomendada.
Figura Nº 9.10.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 111
X. MEDICIÓN Y COMPENSACIÓN TÉRMICA.
Virtualmente todos los equipos rotativos experimentan cambios de posición
durante el arranque y mientras funcionan, éstos afectarán el alineamiento de
sus ejes. Con el propósito de que los ejes operen colineales bajo sus
condiciones normales de funcionamiento, es deseable conocer la cantidad y
dirección de estos movimientos para posicionar apropiadamente las máquinas
durante lo que comúnmente se llama el proceso de alineamiento en frio (fuera
de servicio o parado) para compensar este cambio.
10.1 ¿QUÉ TIPO DE MAQUINARIAS SON PROBABLES DE CAMBIAR DE
POSICIÓN CUANDO FUNCIONAN?
Las características de movimiento de parada a funcionamiento de la mayoría
de las máquinas rotativas no han sido medidas. Probablemente en el 60% de
los sistemas motrices este movimiento es insignificante y se pueden ignorar. En
los casos restantes, sin embargo, esto puede establecer la diferencia entre un
sistema de transmisión que funciona suavemente y otro que está plagado de
problemas. Es importante saber cuánto desplazamiento se genera antes de
valorarlo como insignificante y concluya ignorándolo. Cabe preguntarse
¿Cuáles de las máquinas rotativas de la planta se mueven lo suficiente de su
condición fuera de servicio a la de operación para que este desplazamiento
(movimiento) pueda medirse y compensarse?
Figura Nº 10.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 112
Máquinas propensas a moverse cuando se ponen en funcionamiento.
1. Sistemas de maquinaria rotativa que funcionan o sobre los 200 HP y
velocidades desde 1200 RPM o mayores.
2. Maquinarias que soportan cambios de temperatura en la carcasa. Por
ejemplo:
Motores eléctricos y generadores.
Turbinas de vapor.
Turbinas a gas.
Motores de combustión interna (Diesel, etc.).
3. Variadores de velocidad (por ejemplo, cajas de engranajes).
4. Maquinaria que está bombeando o comprimiendo fluidos o gases en los
cuales los fluidos y gases sufren cambios de temperatura de 50° o más
desde su ingreso hasta su descarga (este puede ser un incremento o una
caída de temperatura). Por ejemplo:
Compresores centrífugos o reciprocantes.
Bombas centrifugas.
Ventiladores de hornos.
Equipos de movimiento de aire HVAC (Calefacción, ventilación y aire
acondicionado).
5. Equipos con soportes deficientes de tuberías sujetas a las carcasas de las
maquinas donde la expansión o contracción de la tubería induce fuerzas en
la carcasa de la máquina o donde los flujos de los fluidos pueden causar un
momento de reacción en las tuberías.
10.2. CAUSAS DEL MOVIMIENTO.
Hay una variedad de factores que originan que la maquinaria se mueva una
vez que está funcionando. La causa más común es debido a los cambios de
temperatura en la maquinaria misma (a medida que comprimen gases o se
calienta el lubricante por la fricción en los cojinetes) y es por esta razón se le
hace referencia como movimiento “térmico” o “frio” o “caliente”. El cambio de
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 113
temperatura en las máquinas rotativas es raramente uniforme en toda la
carcasa, lo que origina que los equipos se inclinen algo y que se contraigan o
crezca algo. Para las bombas y los compresores, el movimiento térmico de la
línea de tuberías acoplada también provocara que el equipo se mueva.
Otras fuentes de movimiento pueden ser los pernos de anclaje sueltos,
variación de las condiciones climáticas para los equipos instalados fuera de
locales, el calentamiento o enfriamiento en los pedestales de concreto, cambios
de las condiciones de operación de los equipos desde situaciones sin carga
hasta situaciones con carga, las reacciones de las carcasas o soportes ante la
fuerza centrífuga de los rotores cuando estos están operando.
Deben tenerse en cuenta consideraciones especiales para las maquinarias que
arrancan y paran frecuentemente o donde la carga puede variar
considerablemente mientras está en marcha. En estos casos deben de
sopesarse factores como: periodos de tiempo a ciertas condiciones, variación
total de movimiento de la maquinaria desde un máximo a un mínimo,
acoplamientos y tolerancias de alineamiento, etc. Para observar y registrar
apropiadamente estos cambios, debe de hacerse chequeos, periodos de estos
cambios en el movimiento para comprender como posicionar eficientemente el
equipo para un rendimiento óptimo. Los sistemas de monitoreo continuo de
ejes son los más confiables.
Sin embargo, la mayoría de los equipos rotativos mantendrán una posición
específica prescindiendo de la variación de la carga. Lo que usualmente se
torna en un problema grande es que algunos equipos tienen que ser alineados
desplazando en “frio” distancias considerables, lo que genera los arranques
críticos. En la mayoría de los casos los equipos se someterán a su mayor
rango de cambio de movimiento al poco o “insignificante” tiempo después del
arranque. Este “insignificante” tiempo puede significar desde 5 minutos a 1hora
para la mayoría de los equipos y puede posicionarse a una posición “final”
algunas horas o incluso días más tarde.
El ir de funcionamiento a las condiciones off-line, virtualmente cualquier cosa
puede ocurrir. Muchos equipos pueden realizar un cambio muy rápido
inmediatamente después de la parada otros sistemas de impulsión pueden
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 114
forcejear alrededor y después mover hacia atrás lentamente cerca de su
posición inicial.
10.3. CATEGORÍAS DE MEDICIONES “OL2R” (CONDICIÓN FUERA DE
SERVICIO A LA DE FUNCIONAMIENTO).
Hay cuatro clasificaciones de técnicas de medición que se emplean para tomar
el movimiento de la condición fuera de servicio a la de funcionamiento.
1. Movimiento de las líneas centrales de las máquinas con respecto a sus
bases-soporte o a las estructuras de soporte.
2. Movimiento de las líneas centrales de la carcasa de las máquinas con
respecto a una referencia remota o punto de observación.
3. Movimiento de una carcasa de máquina con respecto a otra carcasa de
máquina.
4. Movimiento de un eje con respecto a otro eje.
Todas estas técnicas comparan la posición de la maquinaria rotativa del tren
motriz cuando el equipo está fuera de servicio con la posición de la maquinaria
cuando está funcionando.
10.4. CÁLCULO DE LA EXPANSIÓN TÉRMICA (EN LA CARCASA DE LA
MÁQUINA).
Para la categoría carcasa de la máquina a base-soporte.
Al nivel atómico en los materiales sólidos, la temperatura y el volumen del
material están determinados por la vibración por las moléculas individuales. En
otras palabras, mientras más se calienta un material, las moléculas vibraran
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 115
más y estas se espaciaran más. Este fenómeno genera los cambios en las
dimensiones. Esto puede calcularse por la siguiente ecuación:
ΔL = L (α)(Δt) Dónde: ΔL = Cambio de dimensión/longitud (en pulgadas o milímetros).
L = Longitud del objeto (en pulgadas o milímetros).
α = Coeficiente de expansión / contracción térmica
(pulg./ pulg.°F – mm/mm °C).
ΔT = Cambio de temperatura (°F o °C).
El coeficiente de expansión térmica para la mayoría de materiales utilizados en
las carcasas de la maquinaria y sus cimentaciones se detalla en la Tabla
siguiente. Estos coeficientes se pueden usar para temperaturas entre 32° y
212°F hay una ligera variación en el valor de los coeficientes para temperaturas
mayores o menores debido a la no linealidad de la vibración molecular de los
materiales.
MATERIAL Coeficiente de Expansión Térmica
(mils/in/°F)
Acero al carbono (AISI 1040) 0.0063
Acero inoxidable 0.0095 – 0.0098
Aluminio 0.0125
Acero al níquel 0.0073
Bronce 0.0110
Fierro fundido (gris) 0.0059
Hormigón 0.0085 – 0.0080
Tabla Nº 1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 116
EJEMPLO DE CÁLCULO DE EXPANSIÓN TÉRMICA.
– Medir la temperatura en una línea de cada soporte de ambas máquinas a
alinear, desde el fondo hasta la línea central del eje, a intervalos iguales. EI
valor de la temperatura a considerar, será el promedio de varios puntos.
– Seleccionar el tipo de material con el cual son construidos los soportes,
determinar el crecimiento térmico. Para hallar el crecimiento total, multiplicar
el crecimiento unitario por la distancia entre la base del soporte y la línea
central del eje.
Crecimiento = (Altura) x (Cambio Temp.) x (Factor térmico)
Crecimiento = 17” x 36.3 F x 0.006 mils/in/ F
Crecimiento = 4 mils, en este punto de apoyo.
MATERIAL
Coeficiente de Expansión Térmica
(mils/in/°C) (mm/mm/°C)
Acero al carbono (AISI 1040) 0.01134 0.00001134
Acero inoxidable 0.01784 0.00001784
Aluminio 0.02255 0.00002255
Acero al níquel 0.01314 0.00001314
Bronce 0.01980 0.00001980
Fierro fundido (gris) 0.01082 0.00001082
Hormigón 0.01960 0.00001960
H=17"
Acero al Carbono
(AISI1040) Temperatura ambiente = 60 F
Temperatura operativa = 96.3 F
Tabla Nº 2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 117
BALANCEO DE
MECANISMOS
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 118
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 119
I. EL DESBALANCE.
1.1. INTRODUCCIÓN.
El uso de los rotores en la industria es sumamente amplio. Los rotores forman
parte de máquinas de alta importancia como lo son motores, turbinas, bombas
y compresores por mencionar algunos ejemplos.
Por varios años se ha sabido la importancia de balancear los rotores y por ello
existen varios métodos para medir el nivel de desbalance y ellos son la base
para poder eliminar las vibraciones generadas. El medio para eliminar las
vibraciones ha sido el método de la adición de contrapesos, junto con los
métodos de medición. Éste método, se ha utilizado durante mucho tiempo e
inclusive actualmente se utiliza para balancear rotores.
Sin embargo, el método presentado en este texto defiere con el método
tradicional de balanceo por contrapesos a pesar de que ambos buscan el
mismo resultado, la eliminación de las vibraciones. Por lo tanto, al ser un
método distinto se debe hacer un análisis de las fuerzas que actúan en un
sistema generalizado, con el cual seamos capaces de comprender el
funcionamiento del método y analizar sistemas reales.
La condición de funcionamiento de las máquinas se deteriora progresivamente
con el transcurso del tiempo de operación. Este fenómeno está casi siempre
acompañado por un incremento de las vibraciones, lo cual a su vez, actúa
realimentando el proceso de deterioro. Las mediciones de los niveles
vibratorios reflejan estos cambios y han probado ser un indicador muy preciso y
confiable del estado de las máquinas. Por tal motivo, el seguimiento de las
magnitudes vibratorias se utiliza modernamente como una herramienta para el
monitoreo del estado de salud de las máquinas, dando lugar a los fundamentos
del Mantenimiento Predictivo.
El desbalance de partes móviles es, por lejos, la causa más común del
incremento de las vibraciones en las máquinas y estructuras de soporte. Por
esta razón, el ingeniero o técnico de planta responsable del mantenimiento
mecánico debe prestar especial atención a este fenómeno, el cual, por otra
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 120
parte, no es comúnmente incluido en su formación académica a través de las
materias curriculares de sus carreras, dando lugar a un déficit crónico de
conocimientos en esta materia.
Como una causa más de que coadyuva al empeoramiento de la situación
descrita anteriormente, podemos citar el hecho de que no es común observar
textos o tratados específicos sobre el tema en las librerías técnicas, los que
solo son provistos en forma casi exclusiva y con escasa circulación por
empresas industriales dedicadas a la fabricación de máquinas de balanceo.
Es interesante reproducir aquí el pensamiento de Hatto Schneider a
continuación:
“Para otros procesos de fabricación, como por ejemplo el torneado, es muy
normal especificar la máquina herramienta, la velocidad de corte, la
alimentación de material, la profundidad de corte y el tiempo por pieza. No así
en el caso de balanceo, donde generalmente todo se deja librado al operador
de la máquina balanceadora o al capataz, quien, sobre la base de su
experiencia, debe decidir qué hacer y cómo hacerlo. Esto se debe
principalmente al hecho de que, a pesar de toda la información diseminada y al
trabajo de estandarización hecho por ingenieros y técnicos en los pasados 20
años en este campo el conocimiento básico sobre balanceo no ha llegado
generalmente a estar disponible hasta este momento”.
Este bache informativo es cubierto en gran medida por los especialistas a
través de dos fuentes:
– Los trabajos o comunicaciones científico-técnicas en revistas y congresos, y
– publicaciones de carácter técnico de grandes empresas fabricantes de
equipamiento para balanceo y medición de vibraciones mecánicas.
La primera de ellas constituye una invalorable fuente de información profesional
pero, tratándose generalmente de publicaciones muy específicas y dispersas,
son muy difíciles de conseguir. Constituyen algunos ejemplos de estas
comunicaciones. La segunda fuente es quizás la más accesible al ingeniero o
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 121
técnico de planta, presentándose generalmente a un nivel adecuado y en la
mayoría de los casos con desarrollos metodológicos muy ligados con los
productos que se desean vender.
Por último, cabe citarse el extraordinario trabajo que han realizado los
organismos de racionalización de distintos países, los que norman sobre el
tema, haciendo posible la unificación de conceptos y la determinación de
límites y tolerancias adoptados universalmente.
En los últimos años, estas formas de acceso a las normas han quedado
superadas por la generalización del ingreso sencillo y rápido a los sitios de los
organismos normativos en Internet, cada vez más completos y amigables, con
sistemas de compra electrónica segura en línea y veloz provisión de la
información.
El presente trabajo tiene como meta principal el presentar un tratamiento del
tema en forma global, con criterio integrador, tratando de contribuir a la
superación de la dispersión antes de mencionarla.
Se comienza con el tratamiento de temas conceptuales, avanzando luego en
profundidad hacia las técnicas de balanceo aplicadas en la práctica, con
especial énfasis al equilibrado en uno y dos planos de corrección (estático y
dinámico respectivamente).
El trabajo está dirigido a ingenieros y técnicos de mantenimiento de plantas
industriales, por lo que se trata de presentar los conceptos de orden físico sin
recurrir a sofisticadas demostraciones matemáticas. Los temas están
desarrollados en forma tal que resulten accesibles a quienes tienen la misión
de “hacer que la planta camine” aunque, cuando se ha considerado necesario,
se ha procedido a brindar demostraciones de algún grado de complejidad para
quienes tengan interés en profundizar los conceptos.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 122
1.2. ¿QUÉ ES EL DESBALANCE?
Evacuaremos la pregunta del título partiendo de la definición para desbalance
de maquinaria rotante que suministra ISO:
“Es la condición que existe en un rotor cuando un movimiento o fuerzas
vibratorias son impartidas a sus cojinetes como resultado de la existencia de
fuerzas centrifugas”.
En realidad, las fuerzas centrifugas de desbalance son el resultado de una
distribución asimétrica de la masa del rotor con respecto a su eje de rotación.
Existen diversas razones por las cuales un rotor industrial jamás posee una
distribución de materia simétrica con respecto a su eje de rotación.
La verdadera significación del desbalance es impuesta por la magnitud de los
daños que las fuerzas por las generadas producen sobre la máquina y su
estructura del soporte. Los resultados típicos del desbalance excesivo son las
fallas prematuras de cojinetes y acoplamientos, rápido desgaste de ejes y
daños estructurales. Las roturas de ejes, alabes de turbinas y otros
componentes del rotor causados por desbalance suelen resultar en la
destrucción completa de las máquinas.
Las vibraciones generadas por fuerzas de desbalance pueden transmitirse a
través de pisos, paredes, vigas y tuberías de una instalación edilicia afectando
los equipos y personas ubicados en otros lugares del edificio. Estas vibraciones
constituyen también una fuente de ruido excesivo que puede resultar molesto y
posiblemente dañino para los oídos de las personas, además de perjudicar las
comunicaciones de todo tipo. Por otra parte en la mayoría de los procesos
industriales de fabricación las vibraciones causadas por desbalance afectan
negativamente la calidad del producto procesado por la máquina. Habiendo
introducido el concepto de desbalance conviene definir en forma precisa en qué
consiste el proceso denominado balanceo. Por lo común, el rotor gira sobre los
cojinetes con un desbalance de magnitud y ubicación desconocidas,
requiriéndose para la determinación de ambos parámetros un procedimiento
experimental en el cual, por medio de simples pruebas, se le hace revelar al
cuerpo la configuración de su desbalance. Así, el balanceo es el proceso de
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 123
determinación de la magnitud y posición angular del desbalance en el rotor, ya
sea en uno o más planos de referencia, de manera tal que pueda quitarse peso
en la ubicación del punto pesado o agregarse una cantidad de peso igual
exactamente opuesta al punto liviano.
De acuerdo a la definición anterior, los objetivos fundamentales de un proceso
de balanceo son:
– Determinar hasta qué punto se ha logrado el objetivo de mantener los
cojinetes libres de fuerzas centrifugas durante la construcción de una
máquina.
– Determinar dónde y cómo debe llevarse a cabo una compensación de
masas del rotor para mejorar su funcionamiento.
Las principales ventajas que se pueden obtener mejorando la calidad del
balanceo de un elemento rotante en términos de sus consecuencias sobre la
maquinaria son:
– Disminución de la probabilidad de fallas por fatiga.
– Reducción del desgaste interno de sellos y cojinetes.
– Disminución de la transmisión de vibraciones a fundaciones y, por lo tanto,
del ruido propagado al medio circundante.
– Reducción de los requerimientos de robustez estructural, con el
consiguiente ahorro de material.
– Crecimiento de la vida útil.
1.3. CAUSAS DEL DESBALANCE.
Existen muchas razones por las cuales se puede presentar desbalance de un
rotor, esto es, razones por las cuales la masa de un rotor puede no estar
uniformemente distribuida alrededor de su eje axial. A continuación se
describen las causas más comunes del desbalance.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
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a. Asimetría del Diseño: Algunos elementos rotativos de máquinas deben
ser diseñados de forma no circular y/o no concéntrica con el eje de
rotación, como en el caso de los árboles de levas y cigüeñales de
máquinas reciprocantes.
b. Tolerancias de fabricación y ensamblaje: Muchos elementos de
máquinas son diseñados perfectamente simétricos y concéntricos con
el eje de rotación, pero, debido a las tolerancias de maquinado y de
montaje, se puede perder ligeramente la simetría y concentricidad
causando desbalance; por ejemplo: cubos de acoplamiento, engranajes,
poleas, impulsores de bombas y compresores centrífugos, ruedas de
álabes de turbinas y compresores axiales.
c. No-Homogeneidad del material: En la realidad los materiales son No-
Homogéneos, esto es, que no presentan una densidad uniforme en todo
su volumen, por lo que algunas partes serán más pesadas que otras. Por
otro lado, los rotores o partes fundidas, como impulsores, poleas,
engranajes, etc. pueden tener internamente pequeñas cavidades de aire
o trampas de arena que resultan del proceso de fundición.
Figura Nº 1.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 125
d. Distorsión en servicio: Existen varias causas por las cuales un rotor
puede distorsionarse a las condiciones de servicio y cambiar su
desbalance original. Las dos causas principales son: liberación de
esfuerzos y distorsión térmica. La liberación de esfuerzos es algunas
veces un problema en rotores fabricados con partes soldadas, como en el
caso de muchos ventiladores. Realmente, cualquier parte que haya sido
conformada por prensado, estirado, doblado, troquelado, etc. tendrá altos
esfuerzos internos que no son liberados durante la fabricación. El rotor o
sus partes pueden comenzar este proceso en algún periodo de tiempo, y
como resultado el rotor se puede distorsionar ligeramente para tomar una
nueva forma. Es normal que los metales se expandan cuando se
calientan; sin embargo, debido a imperfecciones menores y calentamiento
desuniforme, muchos rotores se dilatan de manera no uniforme causando
distorsión.
La distorsión térmica es completamente común en máquinas que operan
a altas temperaturas incluyendo motores eléctricos, ventiladores de
calderas, expansores, sopladores, compresores y turbinas. Esta
distorsión puede requerir que el rotor sea balanceado a su temperatura
normal de operación, aun cuando haya sido balanceado a temperatura
ambiente.
Figura Nº 1.2.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 126
e. Corrosión y desgaste. Muchos rotores, particularmente ventiladores,
sopladores e impulsores de bombas y compresores, también como rotores
de máquinas de proceso y manejo de materiales, son susceptibles a la
corrosión, abrasión y desgaste. La corrosión y el desgaste normalmente
no son uniformes en el rotor, por lo que resulta en desbalance.
Figura Nº 1.3.
Figura Nº 1.4.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 127
f. Acumulación de depósitos. Los rotores usados en manejo de materiales
se pueden desbalancear debido a la acumulación desuniforme del
material manejado. El desbalance aumentará gradualmente y se
puede convertir rápidamente en un problema serio cuando el
material sedimentado comienza a desprenderse.
1.4. CANTIDAD DE DESBALANCE.
En la práctica, los rotores no pueden ser nunca perfectamente balanceados
debido a errores en las mediciones y porque las masas que rotan no son
rígidas, pero altos niveles de vibración sincrónica se pueden casi reducir
significativamente mediante el balanceo.
Por razones técnicos prácticos, resulta de interés la cuantificación del
desbalance. Considerar para ello el caso simple constituido por un disco
delgado de masa M1 homogéneo, de radio R, simétrico respecto de su eje de
rotación pasante por el punto O, como se muestra en la Figura Nº 1.
Supongamos que se agrega una masa m (gramos) pequeña comparada con el
disco, y separada por una distancia r (mm) del centro O. En estas condiciones
del disco se encuentra desbalanceado. La fuerza centrífuga generada por la
Figura Nº 1.5.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 128
masa m cuando el disco gira con velocidad angular (rad/seg), estará dada
por el vector:
Dado que su magnitud es función de la velocidad instantánea, esta fuerza no
constituye un parámetro adecuado para caracterizar el estado de equilibrio
dinámico de un cuerpo. Por tal motivo, se define como cantidad de desbalance,
o simplemente desbalance a la magnitud vectorial:
Cuyo módulo U = m res independiente del tiempo.
En la práctica, suele emplearse como parámetro de cuantificación de la
cantidad de desbalance, una cantidad que es función de la masa del rotor M en
lugar de m. En efecto, si se igualan la fuerza centrífuga con la que se generaría
suponiendo que el disco balanceado girara con una excentricidad del centro de
masa respecto del centro de rotación (Figura 2) se obtiene:
De donde:
Figura Nº 1.6.Disco rotante.
desbalanceado
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 129
Se observa que representa el desbalance especifico (por unidad de masa) del
rotor y constituye un parámetro particularmente útil para propósitos de
referencia y comparación, ya que en la práctica los efectos del desbalance
dependen de la masa M del motor.
1.5. TIPOS DE BALANCEO.
Teniendo en cuenta las características del rotor a balancear, pueden
distinguirse principalmente tres tipos de balanceo:
Balanceo Estático. Se le llama así al proceso de hacer coincidir el centro de
gravedad (CG) con el eje de rotación “balanceo en un plano”.
Ahora, cuando un rotor ya está balanceado estáticamente, el eje principal de
inercia y el eje de rotación pueden no coincidir, esto significa que el
procedimiento de balanceo estático solamente confirma que existirá un punto
Figura Nº 1.7.Disco descentrado.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 130
en común entre el eje principal de inercia y el eje de rotación, el cual, es el
centro de gravedad (CG).
Entonces, para lograr la coincidencia entre ejes se debe aplicar un par en el
plano longitudinal del rotor. Esto se logra usualmente añadiendo o removiendo
dos masas de igual magnitud de cada extremo del rotor. Se prefiere escoger
los extremos del rotor debido a que entre mayor distancia entre las masas,
menor será la magnitud de las masas.
Balanceo Dinámico. Se le llama así al proceso de hacer coincidir al eje
principal de inercia del rotor con el eje de rotación o “balanceo en dos planos”.
La Figura Nº 1.8. muestra dos rotores que giran libremente en el espacio.
Ambos giran a una velocidad cercana a la resonancia. Aquí es importante
notar como el movimiento del rotor corresponde claramente con la descripción
de los procesos de balanceo estático y dinámico.
Balanceo de Rotores Flexibles. Cuando un rotor ha sido balanceado y da la
apariencia de que el método fallo, porque los niveles de vibración sincrónica
aceptable no fueron aceptados, usualmente, se debe a que la flexibilidad del
rotor no ha sido tomada en cuenta. Si el rango de velocidad de operación se
acerca o excede alguna de las velocidades críticas con modos de vibración que
presentan un grado considerable de flexión.
Figura Nº 1.8.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 131
En la Figura Nº 1.9. se muestra cómo cambia el efecto de los contrapesos
según la velocidad. La masa negra en el centro del rotor representa el
desbalance inicial del rotor. En el inciso b de la figura se muestra como ese
desbalance inicial actúa como una fuerza centrífuga. En el inciso c, se puede
ver que el modo de vibración se acerca a su segunda velocidad crítica con lo
que se produce un desbalance dinámico con reacciones en los rodamientos.
En este momento se puede observar que es posible balancear el rotor de la
Figura Nº 1.9. para el caso del inciso b o el c mediante la adición de
contrapesos, pero, no para ambos casos. Por lo tanto, la regla para balancear
rotores flexibles debe decir: “Si solo dos planos de corrección son usados, un
rotor flexible puede ser balanceado para solo una velocidad de rotación”.
Como se verá en los siguientes apartados, el tipo de balanceo a efectuarse
sobre un rotor depende de la clase de desbalance que posea y de sus
características físicas. El proceso puede realizarse sobre la máquina (en
condiciones operativas) o con el rotor fuera de la máquina. En el primer caso el
balanceo se denomina “en el lugar” o “en sitio” y ofrece, cuando es posible
realizarlo, las siguientes ventajas comparativas.
Figura Nº 1.9. Distribuciones de masa en un rotor flexible.
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– Elimina la tarea costosa y de gran consumo de tiempo de desmantelar la
máquina para extraer el rotor, permitiendo el retorno a las condiciones
operativas en un tiempo mínimo.
– Se realiza sobre el rotor completamente armado y compensa el desbalance
introducido por el agregado de poleas, acoplamientos, engranajes y otros
componentes.
– Se realiza a la velocidad de operación y compensa deformaciones menores
de la deflexión del eje.
– Se realiza en su ambiente natural, compensando los efectos de
temperatura, presión y fuerzas aerodinámicas e hidráulicas.
1.6. CLASIFICACIÓN DE LOS DESBALANCES.
Según sea la separación relativa entre el eje principal de inercia y el eje de
rotación del cuerpo, los desbalances pueden agruparse en cuatro categorías.
Dependiendo de cuál de estos cuatro tipos de balanceo posea, puede ser
necesario efectuar el balanceo del rotor en un único plano de corrección, en
dos o en más.
Desbalance estático. En el desbalance estático el eje principal de inercia se
encuentra desplazado en forma paralela del eje de rotación, como se observa
en la Figura Nº 1.10. en la cual, con el fin de una mejor visualización del
problema, se ha supuesto un rotor perfectamente balanceado con un
desbalance aportado exclusivamente por un peso agregado.
Dado que la única fuerza actuante en este caso es la gravedad, este tipo de
desbalance puede ser detectado colocando el rotor sobre un par de guías o
cuchillas paralelas. El lado pesado del mismo buscara permanecer hacia abajo.
Para proceder a su equilibrado puede agregarse (o extraerse, según convenga)
un peso de corrección, con lo que el rotor estará estáticamente balanceado
cuando deje de girar sobre las guías cualquiera sea la posición en que se le
coloque sobre las mismas.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 133
Este desbalance se corrige equilibrando sobre un único plano de corrección
transversal al eje de rotación, siendo importante que este pase por el centro de
gravedad G del rotor ya que, en caso contrario, el punto pesado original y el
peso de corrección colocada en distintos planos producirá una cupla originada
por sus fuerzas de inercia al rotar dando lugar a otro tipo de desbalance y, sin
embargo, el rotor se encuentra estáticamente balanceado. Esta clase de
desequilibrio se encuentra comúnmente en rotores de muy pequeño espesor o
“tipo disco”.
Desbalance de Par o de Cupla. Se produce cuando el eje principal de inercia
intercepta al eje de rotación en el centro de gravedad.
Como se ha ilustrado en la Figura Nº 1.11. este tipo de desbalance puede
idealizarse como generado por un punto pesado en cada extremo del rotor
situado en lados opuestos con respecto al eje axial.
Contrariamente al caso anterior, el desbalance de cupla no puede detectarse
colocando el rotor sobre guías, ya que solo se manifiesta con la rotación y debe
ser eliminado efectuando correcciones en dos planos.
Figura Nº 1.10.
Figura Nº 1.11.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 134
Desbalance Cuasi-Estático. Es aquel que resulta cuando el eje principal de
inercia intercepta al eje de giro en un punto distinto al CG. Este tipo de
desbalance puede ser producido por una o varias masas colocadas en un
plano común con el eje de rotación, de tal forma que su resultado no actué a
través del CG.
El desbalance cuasi-estático es aquel que resulta de una combinación de
desbalance estático y desbalance por un par de fuerzas; en donde la posición
angular de uno de los componentes del par coincide con la posición angular del
desbalance estático.
El desbalance cuasi-estático puede ser corregido mediante la adición de dos
masas de balanceo. Inicialmente se instala una masa de tal forma que se
oponga a una de los componentes del par, la cual resulta en una condición de
desbalance estático, y esta puede ser corregida mediante una simple masa
adicional.
CG
Eje de Rotación
Masas de Desbalance
Eje de Inercia
Figura Nº 1.12. Existe desbalance Cuasi-estático cuando el eje de
inercia intercepta al eje de rotación en un punto distinto al centro de
gravedad (C.G.).
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 135
Desbalance Dinámico. Es aquel en el cual el eje principal de inercia y el eje
de rotación son alabeados (no poseen ningún punto de contacto). La Figura Nº
1.13. ilustra esquemáticamente este caso, el cual constituye el tipo de
desequilibrio más común en la práctica.
Como puede observarse, el desbalance estático no se encuentra en el mismo
plano que la cupla, dando como resultado un desplazamiento en forma no
paralela del eje principal de inercia con respecto al eje de giro.
Para rotores suficientemente rígidos este tipo de desbalance solo puede ser
eliminado efectuando correcciones en dos planos. En el caso de rotores que
cambian su forma con la velocidad de giro, denominados flexibles, es necesario
corregir en varios planos según sea la forma modal correspondiente a la
velocidad de trabajo.
Figura Nº 1.13.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 136
II. TÉCNICAS DE BALANCEO.
2.1. INTRODUCCIÓN.
El desbalance de un rotor no se puede determinar y corregir directamente.
Esto significa que en la práctica, no es posible determinar la cantidad y
ubicación del desbalance de un rotor para corregirlo en su origen. Pero si es
posible determinar su efecto y calcular la cantidad y ubicación de las masas
necesarias a agregar o quitar para reducir o controlar dicho efecto a niveles
aceptables o tolerables.
El proceso de balanceo de un rotor se puede dividir en dos etapas:
1. La medición de los efectos del desbalance.
2. El cálculo de la cantidad y ubicación de las masas de corrección requeridas
en cada plano de balanceo.
El efecto del desbalance es medido en términos de la magnitud y el ángulo de
fase de la fuerza transmitida a los cojinetes, del movimiento vibratorio del eje
con respecto a los cojinetes, del movimiento vibratorio de los soportes o de la
vibración transmitida a la estructura soporte del rotor. Hoy en día se dispone
de una amplia gama de instrumentos que permite hacer e interpretar estas
mediciones con relativa facilidad.
El problema que enfrenta el personal técnico es cómo determinar la cantidad y
ubicación de las masas de corrección. Existe una variedad de técnicas o
métodos de balanceo de rotores, pero el problema está en cual usar. Por lo
que surgen las siguientes interrogantes:
¿Balancear en Uno o Dos Planos?
¿Balancear en Taller o en Sitio?
¿Balancear en Dos o en Múltiples Planos?
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 137
A. BALANCEO (ESTÁTICO) EN UN-PLANO.
Se debe recordar que el desbalance estático tiene dos efectos, uno realmente
estático y otro dinámico, y que la terminología de desbalance estático se basa
en que puede ser corregido estáticamente, sin poner el eje en rotación.
Existen métodos de balanceo en Un-Plano que requieren poner el eje en
rotación para localizar y corregir la excentricidad del centro de masa; sin
embargo, ellos solo permiten hacer un balanceo estático, ya que no permiten
localizar y corregir la desviación angular del eje principal de inercia.
Entonces, el desbalance estático se puede corregir estática o dinámicamente,
midiendo y reduciendo el efecto estático o el efecto dinámico, respectivamente.
En ambos casos, se debe determinar primero la posición angular del lado
pesado y luego la cantidad de masa se ajusta para reducir el efecto a niveles
aceptables.
El principio del balanceo estático es que el centro de masa del rotor siempre buscará
la posición de más bajo nivel, cuando el rotor se monta de tal manera que
pueda girar libremente. Así, se puede ubicar la posición del peso de
corrección, pero la cantidad de peso se debe estimar por ensayo y error.
Figura Nº 2.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 138
Dinámicamente, el desbalance estático se puede corregir montando el
rotor en una máquina balanceadora (en taller) o dejando el rotor en su propia
instalación (en sitio). En ambos casos el rotor se pone a girar a una velocidad
dada y se mide el efecto dinámico que produce. A diferencia del balanceo
estático, dinámicamente se mide la amplitud y ángulo de fase de la respuesta,
con lo cual se puede calcular tanto la posición angular como la cantidad de
peso de corrección requerido.
B. BALANCEO EN UN-PLANO VS. DOS-PLANOS.
Aunque no es esencial saber si un rotor presenta desbalance estático o
dinámico para resolver el problema, es obvio que todos los problemas de
desbalance no se pueden resolver colocando masas de corrección en un solo
plano de balanceo.
Una guía práctica para determinar cuándo balancear en uno o dos planos, es la
relación longitud a diámetro (L/D) del rotor, esta relación se calcula usando las
dimensiones del rotor solamente, sin el eje donde va montado.
C. BALANCEO EN TALLER.
El término “Balanceo en Taller” se debe a que el rotor debe ser desmontado
de la máquina y transportado hasta el taller donde se encuentra la
máquina balanceadora.
Una máquina balanceadora es una máquina especialmente diseñada para
cumplir tres funciones fundamentales:
– Soportar el rotor a ser balanceado, con facilidad de montaje y desmontaje.
– Hacer girar el rotor a una velocidad de balanceo preestablecida, y
– Medir el efecto dinámico del desbalance y calcular los pesos de
corrección necesarios en cada plano de balanceo.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 139
Las máquinas balanceadoras, sean de soportes rígidos o flexibles, miden la
amplitud y el ángulo de fase de las fuerzas aplicadas a los cojinetes o del
movimiento de los soportes, respectivamente. Luego, sobre la base de que el
rotor se comporta de manera completamente rígida, calculan la cantidad y
posición angular de las masas a agregar o quitar en cada plano de balanceo.
Dado que son suficientes dos planos para balancear un rotor rígido, sólo
existen máquinas balanceadoras para uno y dos planos de balanceo.
D. BALANCEO EN TALLER VS. EN SITIO.
En general, los rotores se clasifican como rígidos o como flexibles,
dependiendo de sus propiedades dinámicas y la de los cojinetes y soportes de
la máquina donde ellos operan. De aquí que, será suficiente balancear un rotor
en taller o es necesario balancearlo en sitio, respectivamente.
Si un rotor opera a velocidades moderadamente bajas, un balanceo en
taller será adecuado para todo el rango de operación. Si el rotor
opera a velocidades moderadamente altas pero permanece rígido, un
balanceo en taller puede ser suficiente o requerirá un segundo balanceo en
sitio a la velocidad de operación. Y si la velocidad de operación se aproxima
Figura Nº 2.2. Máquina balanceadora.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 140
o excede una velocidad crítica, a la cual el rotor sufre una deflexión
sustancial, entonces se requiere un método apropiado de balanceo en sitio.
De los comentarios anteriores, es evidente que el tipo de balanceo requerido
en un caso dado dependerá de las propiedades dinámicas del sistema rotor
cojinetes involucrado, y en particular de la velocidad de operación con respecto
a sus velocidades críticas.
En la práctica se considera que si el rango de velocidades a la cual opera un
rotor está por debajo del 75% de su primera velocidad crítica, el rotor no
sufrirá un grado de deflexión significante en operación, como resultado
del efecto dinámico, independientemente de la cantidad y disposición del
desbalance que contenga. Mientras que si un rotor opera a velocidades por
encima del 75% de su primera velocidad crítica, realmente sufrirá una deflexión
significativa debido al efecto dinámico del desbalance. En consecuencia, se
puede establecer como regla general que:
“Los rotores que operan a velocidades por debajo del 75% de su primera
velocidad crítica son considerados rígidos y el balanceo en taller es adecuado.
Mientras que los rotores que operan por encima del 75% de su primera
velocidad crítica son considerados flexibles y requieren ser balanceados en
sitio a sus condiciones de operación.”
Por otra parte, existe una prueba de elasticidad del rotor que permite
determinar si un rotor se puede considerar como rígido para propósito de
balanceo o si debe ser tratado como flexible. La prueba se debe realizar a la
velocidad de operación y el rotor debe ser previamente balanceado. Primero,
se coloca un peso en cada plano de balanceo en la misma posición angular y
en una primera corrida se mide la vibración en ambos cojinetes (P1 y P2), los
planos de balanceo deben estar en los extremos del rotor cerca de los
cojinetes. Luego, se detiene el rotor y los pesos se mueven hacia el centro del
rotor o a una posición donde se espera que tengan el máximo efecto. Se
arranca otra vez el rotor a la misma velocidad y se mide de nuevo la vibración
en los cojinetes (S1 y S2). La experiencia ha demostrado que, si la diferencia
de lecturas sobre la primera medición en un cojinete, (P1-S1)/P1 o (P2-
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 141
S2)/P2, no excede de 0.2 el rotor se puede considerar rígido, pero si la
relación es mayor que 0.2 el rotor debe ser considerado flexible.
En muchos casos es posible balancear un rotor montado en su propia
máquina y operando a sus condiciones normales. Esto elimina el tiempo de
parada y el riesgo de daño del rotor durante el desmontaje, transportación
hacia y desde el taller de balanceo, y reinstalación del rotor en la máquina.
Aunque el balanceo en sitio es recomendado donde quiera que sea posible, en
algunas máquinas tales como motores, bombas y compresores totalmente
cerrados, no es fácil balancear en sitio debido al tiempo empleado en
desarmar y rearmar la máquina para colocar pesos de prueba en cada corrida.
En estos casos es más conveniente desmontar el rotor y llevarlo a balancear a
una máquina balanceadora. También hay casos en los cuales el rotor a
balancear ha sido desmontado de su máquina y llevado a un taller por otras
razones.
Muchos fabricantes de máquinas incluyen el balanceo en una máquina
balanceadora como una etapa normal en la producción, para asegurar un
comportamiento regular del rotor libre de problemas, para satisfacción del
cliente.
Finalmente, muchos rotores de turbo-máquinas de alta velocidad deben ser
balanceados en una máquina balanceadora después de fabricados o
reparados, y balanceados de nuevo en sitio después de instalados en la
turbo-máquina. En este caso el rotor es compuesto por el ensamblaje de
varias partes de un eje. El eje y cada parte deben ser primero balanceados
individualmente en una máquina balanceadora, luego se va balanceando el
rotor cada vez que se monta una parte y finalmente se balancea el rotor
completo.
Una razón para balancear de nuevo en sitio, es que algunas veces el rotor
debe ser desensamblado para instalar la turbomáquina y el re ensamblaje
nunca es el mismo. La otra razón es que la rigidez y el amortiguamiento de la
turbomáquina son diferentes a los de la máquina balanceadora, debido a la
influencia de los cojinetes, sellos y fuerzas aerodinámicas.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 142
E. BALANCEO EN SITIO.
El balanceo de rotores flexibles en sitio es un fino arte que requiere de
experiencia. Hoy en día existen varios métodos o técnicas de balanceo de
rotores flexibles en uno, dos y múltiples planos, que usan una instrumentación
muy modesta.
Los métodos de balanceo en sitio suponen que el sistema es lineal, esto es,
que existe una relación lineal entre las fuerzas originadas por el desbalance y
la vibración sincrónica de los soportes de los cojinetes o la vibración sincrónica
de los muñones del rotor con respecto a los cojinetes.
Esta linealidad implica, fundamentalmente, que la amplitud de vibración
sincrónica es proporcional a la magnitud del desbalance y que un cambio en la
posición angular del desbalance produce un cambio igual en el ángulo de fase
de la vibración.
Para el balanceo de rotores en sitio en Un-Plano existen fundamentalmente
tres métodos:
– Método Vectorial.
– Método Orbital.
– Método de las Cuatro Corridas.
Para el balanceo en Dos-Planos también existen tres métodos, pero éstos sí
difieren en la técnica usada para el cálculo de los pesos de corrección.
Estos tres métodos son:
– Método Vectorial en planos individuales.
– Método de Coeficientes de Influencia.
– Método de Fuerza Par. Ahora, para el balanceo en Múltiples-Planos existen básicamente dos métodos,
los cuales pueden ser combinados para lograr una mayor efectividad, estos
son:
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 143
– Método de Coeficientes de Influencia, el cual es una extensión del método
de balanceo en dos planos.
– Método Modal.
Estos métodos usan técnicas avanzadas que no sólo requieren de una buena
experiencia, sino que también requieren de un buen conocimiento de la
dinámica de máquinas rotativas.
Por otra parte, la mayoría de los problemas, comúnmente encontrados,
se pueden corregir justamente en uno o dos planos de balanceo. Sin
embargo, puede ser de gran utilidad poder reconocer cuando un rotor requiere
ser balanceado en más de dos planos, principalmente cuando se presentan
dificultades para el balanceo en dos planos.
F. BALANCEO EN DOS-PLANOS VS. MÚLTIPLES PLANOS.
Un rotor flexible solo se puede balancear en dos planos para una velocidad.
Pero que existen casos en los cuales es necesario balancear un rotor flexible
para un rango de velocidades que incluye, por lo menos, una velocidad crítica,
por lo que requiere ser balanceado en más de dos planos. Por otra parte, la
significante deflexión del rotor sobre los requerimientos funcionales de la
máquina, también pueden exigir un balanceo en múltiples planos a una
velocidad de operación.
En este sentido, los rotores flexibles se pueden clasificar en una de las tres
categorías siguientes:
– Si un rotor opera a una velocidad solamente y una ligera deflexión no
acelera el desgaste ni perturba la productividad de la máquina, entonces
un balanceo en Dos-Planos es todo lo requerido.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 144
– Si un rotor flexible opera a una velocidad solamente, pero es necesario
minimizar su deflexión, entonces un balanceo en múltiples planos puede ser
requerido.
– Si es esencial que un rotor opere suavemente en un amplio rango de
velocidades, donde el rotor es rígido a bajas velocidades, pero se hace
flexible a velocidades más altas, entonces requiere de un balanceo en
múltiples planos.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 145
ANOTACIONES.
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ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 146
III. EL BALANCEO.
A. BALANCEO DE ROTORES RÍGIDOS.
La Figura Nº 3.1. proporciona una guía para establecer cuantos planos de
balanceo se requieren para un rotor determinado. Sugiere que el número de
planos de corrección debe determinarse basándose en la relación longitud a
diámetro (L/D) del rotor. Esta relación se calcula utilizando exclusivamente las
dimensiones del rotor, excluyendo las del eje de soporte. La Figura Nº 3.1.,
muestra una tabla de selección del número de planos de corrección. Puede
observarse que para rotores que poseen relaciones (L/D) menores que 0,5 y
velocidades de trabajo de hasta 1000 RPM normalmente resulta suficiente el
balanceo en un único plano. Por encima de 1000 RPM se requiere usualmente
el balanceo en dos planos. Para rotores que posean relaciones L/D mayores
que 0,5 se requiere balanceo en un plano hasta 150 RPM y en dos planos para
velocidades mayores.
Figura Nº 3.1. Criterios sugeridos para la elección del número de planos
de corrección en rotores rígidos.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 147
Es importante mencionar que este procedimiento de selección es solo una guía
y por consiguiente no debe tomarse como regla. Dado que la misión del
balanceo es minimizar las fuerzas en los cojinetes del rotor, si estas no pueden
ser suficientemente reducidas con un balanceo en un plano necesariamente
deberá procederse con un balanceo en dos planos, sea cual fuese la relación
L/D y la velocidad de rotación.
B. BALANCEO EN UN PLANO.
Este tipo de balanceo tiene su aplicación más frecuente en rotores tipo disco,
en los cuales la masa se encuentra distribuida en un plano. Como ejemplos de
esta clase de rotores pueden citarse los ventiladores axiales simples, ruedas de
molinos, sopladores, etc.
Procedimiento metodológico para el balanceo en un plano.
Cuando se comienza un procedimiento de balanceo no se posee una idea de
cuál es la magnitud (peso) del desequilibrio ni su posición (fase) en el rotor.
El desequilibrio del rotor al comienzo del problema se denomina desbalance
inicial y las lecturas de amplitud de vibración y fase que representan ese
desbalance se denominan lecturas iniciales.
Figura Nº 3.2. Analizador de balanceo.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 148
En el próximo apartado describiremos algunas técnicas sencillas para la
determinación de estas lecturas en la práctica, concentrándonos por el
momento en el proceso de cálculo y corrección. Para ello, supongamos contar
con un transductor de vibraciones que capta la amplitud de las oscilaciones del
cabezal móvil y con un aparato para medición de fase, como el mostrado en la
Figura Nº 3.2. (Microlog CMVA 65 – SKF o similar), el mismo indica en forma
digital los valores de amplitud vibratoria, RPM y fase respecto de una señal de
referencia obtenida del rotor a balancear mediante un cabezal fotoeléctrico.
Así, con una velocidad de rotación determinada, se obtiene una lectura inicial
de la amplitud de vibración (Ro) y del ángulo de fase ( ) con respecto a un
punto fijo del rotor (Mr) tal como una muesca, marca, etc. Estos valores se
dibujan utilizando una escala apropiada en un gráfico vectorial como el de la
Figura Nº 3.3.
Una vez que se han anotado y graficado estos valores, el paso siguiente es
cambiar el desbalance inicial mediante el agregado de un peso de prueba (Wp)
al rotor en una posición angular cualquiera. El desbalance resultante estará
ahora representado por una nueva amplitud (R1) y fase de vibración. Es
importante notar que el vector R1 representa el desbalanceo original más
producido por Wp.
0°
90°
180°
270°
Φ
Φ0 Φ1
Figura 3.3. Diagrama vectorial para balanceo en un plano.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 149
El cambio causado por el peso de prueba puede utilizarse para conocer la
magnitud y ubicación del desbalance inicial o, en otras palabras, donde debería
colocarse el peso de prueba para que se ubique en forma opuesta y posea una
magnitud igual a la del desbalance inicial.
Para resolver el problema del el próximo paso es obtener el vector diferencia
R1 – R0 el cual, en la Figura Nº 3.3, se ha denotado con Rp, dado que
representa el efecto del peso de prueba Wp únicamente. Midiendo su módulo
Rp (en la misma escala que R0 y R1) puede determinarse el efecto del peso de
prueba en función de la amplitud de vibración. Esta relación puede usarse
ahora para determinar que peso de corrección Wc se requiere para reemplazar
a Wp logrando una igualdad con el desbalance inicial. En efecto,
experimentalmente se demuestra que para propósitos prácticos, la amplitud de
vibración es directamente proporcional a la cantidad de desbalance, por lo que,
utilizando la regla de tres simple, se obtiene:
Para balancear el rotor, el objetivo es lograr que el vector Rp sea igual en
módulo y de sentido contrario a R0. De esta manera el efecto del peso de
corrección cancelara el desbalance original, con el resultado de un rotor
equilibrado.
Determinando el peso de corrección necesario con la expresión (1) se logra
que los módulos R0 y Rp sean idénticos. El paso siguiente es determinar la
posición angular correcta del peso Wc, En la Figura Nº 3.3. puede observarse
que el vector debe girarse un ángulo para que se oponga a R0, lo que
logrará moviendo la posición de Wc el mismo ángulo desde donde fue
colocado Wp. Es importante notar que el ángulo no debe medirse desde la
marca de referencia.
(1)
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 150
Para determinar en qué sentido angular debe moverse el peso Wc, es decir
horario o anti horario, debe tenerse en cuenta que a través de un sencillo
experimento se demuestra que, para un equipo como el aquí utilizado, la marca
de referencia se mueve en forma opuesta a un movimiento del punto pesado y
que además los ángulos de ambos son iguales en valor absoluto. Por lo tanto,
deberá usarse siempre el siguiente criterio: “Mover el peso de corrección en la
dirección opuesta a la del movimiento de la marca de referencia cuando se
pasó de R0 a R1”. Esta “Ley” debe ser establecida experimentalmente para
cada nuevo sistema medición.
Es decir, que si la marca de referencia se mueve en el sentido contrario a las
agujas del reloj al pasar de R0 a R1, el peso de corrección debe moverse en
sentido horario desde la posición en que se ubicó el peso de prueba en un
principio y viceversa, resultando este criterio independiente del sentido de giro
del rotor.
A continuación se presenta un ejemplo de aplicación. Sea el rotor en reposo de
la Figura Nº 3.4. (a), en el cual se ha practicado la marca de referencia M. Una
primera corrida del rotor arroja como lecturas iniciales Ro = 5, 0 = 90 (Figura
3.4. b), mientras que luego del agregado de un peso de prueba Wp = 100 gr a
90º de la marca de referencia, las lecturas arrojan: R1 = 3, 1 = 120 (Figura
Nº 3.4. c). La Figura Nº 3.4.d muestra el diagrama vectorial para este caso, del
cual resulta:
Rp = 2,8;
La expresión B permite el cálculo del peso de corrección
Por lo tanto dado que el movimiento de la marca M para pasar de R0 a R1 fue
en sentido horario, Wc debe colocarse a un ángulo de 31,50 en sentido
antihorario desde Wp (Figura Nº 3.4. e).
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 151
El diagrama vectorial de la Figura Nº 3.4. puede reemplazarse por un sencillo
procedimiento analítico, lo que permite realizar un algoritmo computacional
para resolver el problema. En efecto, el triángulo de la Figura Nº 3.4. d puede
ser resuelto utilizando el teorema del coseno:
√
(2)
M
ω = 0 M
ω
0°
90°
180°
270°
M
ω
0°
90°
180°
270°
120°
240°
ωp
M
ω = 0
ωc
ωp
Mov.
de
ωc
R0
RpR1
Mov.
de M
90°
120°
Φ
e
c d
a b
Figura Nº 3.4. Ejemplo de balanceo en un plano.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 152
Mientras que el ángulo puede determinarse aplicando el teorema del seno:
De donde:
| [
]|
Dado que el sentido de giro de los pasos se establecen por una regla
experimental, los resultados arrojados por esta expresión se toman en valor
absoluto (sin tener en cuenta el signo), lo que es indicado por las barras
verticales.
Las expresiones (1) y (3) constituyen la solución analítica del problema de
balanceo en un plano. Con ellas resulta sumamente sencilla la confección de
un programa de computación que determine los parámetros Wc y
Sin embargo debido a que las calculadoras electrónicas reducen los ángulos al
primer cuadrante, es importante determinar si el ángulo
, Lo que se logra analizando el signo del discriminante.
En efecto:
De donde:
(
)
(3)
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 153
Por otra parte:
Si:
Por lo que puede concluirse que es obtuso si:
Debiendo en este caso reducirse el valor obtenido con la expresión (3)
mediante la ecuación:
Donde es el ángulo que debe correrse la posición de Wc desde el peso de
prueba. Con el objeto de clarificar estos conceptos, aplicar las expresiones
obtenidas anteriormente al ejemplo de la Figura Nº 3.4.; aquí será:
√
y:
| [
]|
La comprobación dada por (4), resulta:
Por lo que el ángulo resulta ser agudo y en consecuencia no es necesaria la
reducción (5). El peso Wc debe girarse un ángulo de en sentido anti
horario, tal como resultó del método vectorial.
C. BALANCEO EN DOS PLANOS.
(4)
(5)
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 154
El balanceo en dos planos se realiza en gran medida como el uso de un solo
plano; sin embargo, el equilibrado en dos planos requiere alguna atención
especial a causa del efecto cruzado o interferencia entre dos planos de
corrección.
Este puede definirse como el efecto sobre la indicación de desbalance en un
plano de corrección del rotor observado por un cierto cambio del desbalance en
el otro plano de corrección.
Por causa de este efecto, las lecturas de desbalance observadas en los
extremos del rotor no representan verdaderamente el desbalance en sus
respectivos planos de corrección. Por el contrario, cada lectura será resultante
del desbalance en el plano de corrección. Por el contrario, cada lectura será la
resultante del desbalance en el plano de corrección asociado más en el efecto
cruzado proveniente del otro lado.
Al comienzo del proceso de balanceo no hay forma de conocer la magnitud y
fase del efecto cruzado. Además, estos parámetros serán distintos para
diferentes máquinas.
Desafortunadamente, el efecto cruzado siempre está presente en rotores
industriales de cierta longitud. En la mayoría de los casos, el uso de la solución
vectorial para balanceo en un plano requeriría muchas corridas de balanceo a
fin de obtener un buen equilibrado en dos planos. En máquinas que poseen
altos niveles de efecto cruzado o que requieren un tiempo importante de
arranque y parada, el problema de balanceo puede ser simplificado
considerablemente y el tiempo requerido para el proceso de equilibrado
reducido en gran medida utilizando técnicas gráficas, analíticas y/o
experimentales especialmente desarrolladas.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 155
ANOTACIONES.
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ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 156
IV. DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE
LA CALIDAD DE BALANCEO.
4.1. INTRODUCCIÓN.
¿Una lectura de la vibración de 4 mm/seg es un límite apropiado para aceptar
la calidad de balanceo de un nuevo ventilador? ¿Es también aplicable este
límite en una nueva bomba de enfriamiento de agua? ¿Cómo encontrar un
límite de aceptación para las máquinas de velocidad variable? El límite
apropiado es dependiente de muchos factores incluyendo la masa del rotor, la
velocidad y la clase de la aplicación en los cuales se utiliza la máquina.
“Es un hecho, que el limite estándar de aceptación de calidad de balanceo es
diferente de los limites dados para aceptar los niveles de la vibración debido al
desbalance”.
Es entendido que los límites de balanceo deben permitir del fabricante, el
vendedor, al dueño y a la empresa del servicio derivar en un acuerdo factible
en especificaciones de balanceo con la finalidad que sea provechoso para
propósitos contractuales técnicos.
Esta guía simplificada responderá las primeras preguntas sobre la calidad de
balanceo presentadas en el curso para aceptar la calidad de balanceo de
máquinas nuevas o a aquellas que se les realizan el mantenimiento; basadas
en la interpretación de la norma de ISO 1940/1 y con las figuras ilustradas que
se presentan para reforzar los conceptos principales de esta norma.
El desbalance en una máquina de rotación ocurre cuando la línea central y el
centro geométrico no coinciden entre sí. Los rotores desbalanceados generan
vibraciones que pueden dañar sus componentes. Para ampliar la vida de la
máquina, la vibración debido al desbalance se debe reducir a un nivel
aceptable. Estos niveles o límites deben ser definidos a pesar de la capacidad
de reducir desbalance a los niveles bajos.
Exagerar requisitos de calidad de balanceo seria poco económico. Sin
embargo, si se subestima la calidad de balanceo, reduciría confiabilidad y
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 157
disponibilidad de la máquina. Por otra parte, el balanceo con demasiada
calidad a veces exigente reduce disponibilidad de la máquina consumiendo
tiempo innecesario en el balanceo.
4.2. DESBALANCE Y VIBRACIÓN.
La cantidad de desbalance es expresado por:
Cuando;
= Masa de desbalance (en kg)
= Distancia desde la masa de desbalance hasta el centro de rotación del
eje (en m)
La fuerza del desbalance que genera la vibración se expresa como:
m . r . ω2
rm
ω
Figura Nº 4.1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 158
{
}
Puede también:
Desbalance Vibración = Fuerza de Desbalance/ Rigidez dinámica
No hay una relación práctica común reconocible entre el desbalance del rotor y
las vibraciones de la máquina. La respuesta del desbalance depende
esencialmente de velocidad, de las proporciones geométricas y de la
distribución de masa del rotor, así como de la rigidez dinámica del eje, de los
rodamientos y de la cimentación. La rigidez de la máquina es desconocida por
el usuario en la mayoría de los casos. Por otra parte, combinar todos estos
factores realmente. En otras palabras para un rotor en particular, la vibración
por desbalance tendrá diferentes valores dependiendo de su velocidad de
funcionamiento, del tipo de rodamientos (por ejemplo la película lubricante o del
tipo de elemento rodante), de la cimentación, etc., mientras que la cantidad del
desbalance en sí mismo es constante y solamente relacionada al rotor. No
debe simplificarse demasiado el balanceo al punto que el límite de la cantidad
no debe establecerse solamente a través de lecturas de la vibración. Esto es
realmente especial para las nuevas máquinas para las cuales ninguna
experiencia previa de vibración existe.
Las normas de vibración de uso general en la industria aplicaron los criterios
basados en respuestas del desbalance (amplitud de la vibración) sin considerar
la rigidez del rotor y la cimentación. También de la magnitud de la fuerza
generada debido al desbalance y a la masa del rotor no está en una dirección
determinada. En balanceo, la masa, la rigidez y la vibración por desbalance del
rotor están relacionadas con un parámetro llamado vector influyente.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 159
4.3. DESBALANCE: EXISTENTE Y LÍMITE.
El término desbalance se refiere a dos cantidades. Primero es el límite de
aceptación de balanceo de un rotor y usualmente llamado desbalance
permitido o permisible. En segundo lugar está el desbalance existente o
residual en un rotor. En las pruebas de la aceptación la siguiente lógica se
aplica tácticamente:
Este cuadro está dedicado a la determinación del desbalance permisible. La
determinación del desbalance residual se presenta en el siguiente cuadro.
Determinacion del desbalance
Permisible Método: Cálculo
Salida: Límite
Total
U
Especifica
u
Residual
Método: Prueba Física
Salida : Existente
Total
Ures
Especifica
ures
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 160
4.4. MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DE
BALANCEO.
La determinación del desbalance permisible está basado en:
1. El Historial y/o experiencias completas de varias máquinas similares. (Los
límites de vibración se pueden extraer de los resúmenes historiales).
2. Las fuerzas permitidas del rodamiento pre-especificadas en la etapa de la
selección.
3. Normas como la 1940/1 (usado típicamente en la industria).
4.5. CALIDAD BASADA EN LOS GRADOS DE BALANCEO
NORMALIZADOS.
La aplicación práctica de ISO 1940/1.
La norma internacional ISO 1940/1 es la referencia más ampliamente validad
para la selección de la calidad del balanceo de rotores rígidos. Este documento
se presenta como una guía y referencia estándar para el usuario y de sus
aplicaciones prácticas.
Se muestra un método simplificado para determinar el desbalance residual
permisible para los diferentes tipos de rotores. Se da énfasis en la asignación
Desbalance permisible
Determinación
Historia y/o Experiencia
Fuerza en Rodamiento
Norma
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 161
de un desbalance residual permisible y la configuración del plano de corrección
para las diferentes configuraciones de rotores; tales como rotores simétricos,
asimétricos y en voladizos. Finalmente se hace una comparación de los grados
de calidad del balanceo con los límites de balanceo de MIL-STD-167-1 y de
API.
Introducción.
La Organización de Normalización Internacional, ISO, ha publicado la norma
1940/1 “Los Requisitos de Calidad del Balanceo de Rotores Rígidos” que ha
sido adoptado por el American National Standards Institute, ANSI según S2.19-
1975, “Requisitos de calidad de balance de cuerpos rotativos rígidos”. También
ha sido adoptada por las normas Británicas según BS 6861: parte 1 y por las
normas alemanas según VDI 2060.
La ISO 1940/1 requiere una comprensión del balanceo y de su terminología, si
la norma va a ser conocido y va ser utilizado correctamente. Este documento
incluye para el lector, en la sección de “Terminología del balanceo” un resumen
de los términos usados en este documento.
Usando la norma.
El uso del estándar implica seguir los pasos siguientes:
1. Seleccionar un grado de calidad de balanceo “Numero G” de la tabla 1
basado en tipo del rotor.
2. Utilizar la Figura N° 4.2. (A o B) para determinar el valor del desbalance
residual permisible especifico, según la velocidad de funcionamiento
máxima del rotor y el “número G” seleccionado. Luego multiplicar por
el peso del rotor para obtener el desbalance residual permisible, .
3. Asignar el para los planos de corrección del balanceo, basados en la
configuración del rotor.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 162
Ejecución de los pasos:
Paso 1: El usuario lo que requiere es simplemente encontrar para el tipo del
rotor que balanceara, uno más cercano posible de los que se describen.
Paso 2: Este paso está dirigido a que se requiere usar el grafico de la Figura
N° 4.2. para encontrar el desbalance permisible especifico, seguidamente
multiplicarlo por el peso del rotor y para después convertir a una constante
con una unidad apropiada (onzas-pulgadas o gramos-milímetros).Este
paso puede ser simplificado usando también algunas ecuaciones simples para
calcular el directamente.
Paso 3: Asignando un no se realiza a menudo porque no se entiende
fácilmente. Por lo tanto, las páginas siguientes proporcionan un método
simplificado para el paso 2 y describen los procedimientos para el paso 3.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 163
Grado de calidad de Balanceo para los grupos de rotores más
importantes (Según ISO 1940/1)
CALIDAD DEL
BALANCEO
( )
[ ] TIPOS DE ROTOR
G400 4000 Cigüeñales de motores (diesel) marítimos de bajas revoluciones, montados sobre soportes rígidos y con un número de cilindros impar.
G1600 1600 Cigüeñales de motores de dos tiempos montados sobre soportes rígidos.
G630 630 Cigüeñales de motores de cuatro tiempos montados sobre soportes rígidos. Cigüeñales de motores (diesel) marítimos montados sobre soportes elásticos.
G250 250 Cigüeñales de motores (diesel) de cuatro cilindros y de alta velocidad montados sobre soportes rígidos.
G100 100 Cigüeñales de motores (diesel) de seis o más cilindros y de alta velocidad. Cigüeñales de motores de combustión interna (gasolina, diesel) para carros y ferrocarriles.
G40 40 Ruedas y llantas de carros. Cigüeñales de motores de cuatro tiempos de alta velocidad (gasolina, diesel) sobre soportes elásticos y con seis o más cilindros.
G16 16
Ejes de propelas, ejes de transmisiones cardánicas. Elementos de máquinas agrícolas. Componentes individuales de motores (gasolina, diesel) para carros y ferrocarriles. Cigüeñales de motores de seis o más cilindros bajo requerimientos especiales.
G6.3 6.3
Elementos de máquinas procesadoras en general. Engranajes para turbinas de usos marítimos. Rodillos para máquinas papeleras. Ventiladores. Rotores de turbinas para la aviación. Impelentes para bombas. Máquinas herramienta. Rotores de motores eléctricos.
G2.5 2.5 Turbinas de gas y vapor. Rotores rígidos para turbo generadores. Discos para computadoras. Turbo compresores. Bombas operadas por turbinas.
G1 1 Grabadoras de cinta magnética y tocadiscos convencionales. Máquinas trituradoras.
G0.4 0.4 Discos compactos, brocas, barrenas. Giroscopios.
Tabla Nº 1
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 164
FIGURA N°4.2.A. Máximo desbalance residual permisible, eper
(Valores en pulgadas adaptados para ISO 1940/1)
MÁXIMA VELOCIDAD DE FUNCIONAMIENTO EN RPM
DE
SB
AL
AN
CE
RE
SID
UA
L P
ER
MIS
IBL
E e
pe
r e
n l
b-i
n/l
b d
el
peso
de
l ro
tor
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 165
FIGURA N° 4.2.B. Máximo desbalance residual permisible, eper
(Para ISO 1940/1)
MÁXIMA VELOCIDAD DE FUNCIONAMIENTO EN RPM
DE
SB
AL
AN
CE
RE
SID
UA
L P
ER
MIS
IBL
E e
pe
r en
g-m
m/K
g d
el p
es
o d
el ro
tor
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 166
4.6. GRADOS DE CALIDAD DEL BALANCEO.
La Tabla Nº 1 muestra los grados de calidad del balanceo para los tipos de los
rotores más conocidos. El número “G” es el producto del desbalance específico
por la velocidad angular del rotor a la velocidad de funcionamiento máxima y es
una constante para los rotores del mismo tipo.
Esto se basa en el hecho en que los rotores geométricamente similares que
funcionan en la misma velocidad, tendrán tensiones similares en el rotor y de
sus cojinetes.
Los grados de calidad del balance están separados por un factor 2,5; sin
embargo, el valor intermedio de los números G se pueden utilizar para
satisfacer requerimientos especiales. Por ejemplo, un impulsor normalizado de
una bomba tiene un grado de calidad de balanceo sugerido grado G 6,3. Para
condiciones especiales pueden requerir una calidad mejor de balanceo de
grado G 4,0 para satisfacer la instalación en un área con límites de estructura
con ruidos bajos de funcionamiento.
4.7. DETERMINACIÓN DEL DESBALANCE RESIDUAL PERMISIBLE -
El desbalance residual permisible es una función del número G, del peso del
rotor y de la máxima velocidad de rotación en funcionamiento. En lugar de usar
los gráficos anteriores y obtener el valor del “desbalance especifico” para un
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 167
número G y un RPM de funcionamiento, y después multiplicar por el peso del
rotor; puede ser calculado usando uno de las siguientes fórmulas:
G = Grado de calidad del balanceo tomado de la Tabla 1
W = Peso del rotor
N = Máxima velocidad de funcionamiento en RPM
Una regla que calcula el esta también disponible para el uso de los
fabricantes que balancean los rotores de las máquinas que fabrican.
4.8. ASIGNACIÓN DEL PARA LOS PLANOS DE CORRECIÓN.
El es el desbalance residual permisible total y se debe asignar a los
planos de corrección del balanceo que se realizará, basado en las dimensiones
y configuraciones del rotor.
Para los rotores desbalanceados en un plano de corrección, todo el se
aplicará en este plano de corrección.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 168
Para los rotores balanceados en dos planos de corrección, el se deberá
aplicar a cada plano de la corrección, basados en la configuración y las
dimensiones del rotor.
ROTORES SIMÉTRICOS.
Reglas para rotores simétricos (Observar Figura N° 4.2.).
1. Los planos corrección se encuentran entre los soportes o los cojinetes.
2. La distancia “b” es mayor que 1/3 “d”.
3. A partir del centro de gravedad los planos de corrección son equidistantes.
Cuando los planos de corrección no son equidistantes con relación al centro de
gravedad, entonces:
(
) (
)
Figura N°4.2. Rotores Simétricos.
PLANO DE
CORRECCIÓN
R
d
hRhL
PLANO DE
CORRECCIÓN
L
ba
CG
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 169
El o el no deberá ser menor en 30% o mayor en 70%
del , si ello fuera así, entonces use reglas para rotores asimétricos.
ROTORES CON PLANOS DE CORRECCIÓN A LOS EXTREMOS.
Reglas para los rotores con planos de corrección a los extremos de los
cojinetes. Se refiere frecuentemente a una configuración de rotores llamados
“campana silenciosa”.
Ambos planos de corrección son a los extremos de los cojinetes.
b>d
Ajustar el Uper según la relación de d/b. (Reducidos Uper)
(
)Uper= Valor ajustado
Cuando los planos de corrección no son equidistantes del centro de gravedad,
calcular el: Uper IZQ y el Uper DER
Como sigue:
FIGURA N°4.3. Rotores con planos en los extremos.
L R
PLANO DE
CORRECCIÓNPLANO DE
CORRECCIÓN
hL hR
CG
d
b
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 170
(
) (
)
ROTORES EN VOLADIZOS Y ASIMÉTRICOS.
Reglas para rotores en voladizo. (Ver Figuras N° 4.4. y N° 4.5).
1. La distancia entre los planos de corrección debe ser menor en 1/3 de la
distancia entre los cojinetes. b<0,33d.
2. Asumir cargas dinámicas permisibles iguales para los cojinetes.
3. La corrección de los pares se hacen 180° separados en sus respectivos
planos.
Figura N° 4.4. Rotores en voladizo.
b
PLANO DE
CORRECCIÓN R
DE PARPLANO DE
CORRECCIÓN L
DE PAR
PLANO DE CORRECCIÓN ESTÁTICO
c
d
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 171
4. El plano para la corrección estática puede ser un tercer plano o cualquiera
de los planos usados para las correcciones de los pares.
5. Asigne Uperpara desbalance estático residual y para desbalance del par
residual tal como sigue:
Figura N° 4.5. Rotores asimétricos.
b
PLANO DE
CORRECCIÓN R
DE PAR
PLANO DE CORRECCIÓN ESTÁTICO
PLANO DE
CORRECCIÓN L
DE PAR
d
c
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 172
Las asignaciones del desbalance permisible par los rotores en voladizo y
asimétricos requieren que dos planos de corrección del desbalance estén
divididos en estático y en par de desbalance equivalentes. Esto puede ser
realizado gráficamente trazando los dos vectores solución UL y UR de los dos
planos del desbalance según lo mostrado en la Figura N° 4.6. Conecte los
vectores UL y UR según lo mostrado. El vector desde el origen al punto medio
del vector S es una mitad del desbalance estático del rotor. Los vectores CL y
CL son el desbalance de los pares.
0°
90°
180°
270°
30°
60°
120°
150°210°
240°
300°
330°
UR
CR
UL
CL
S
Figura N° 4.6. Gráfico de derivación del estático-par.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 173
4.9. DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DE BALANCEO.
Los equipos portátiles para el balanceo de campo facilitan a los usuarios llevar
a cabo el proceso de balanceo siguiendo pocos pasos simples. Estas unidades
permiten que el balanceo de campo sea rápido y fácil, pero, también es
importante que el usuario comprenda la teoría de balanceo antes de empezar
a utilizar el instrumento.
Cuando los rotores se balancean, los equipos de balanceo suministran al
operador las medidas del desbalance en oz/pulg o g/mm, así como la
indicación de si el rotor está dentro o fuera de la tolerancia de balanceo. Y se
obtiene el peso de la corrección residual a partir del rango de balanceo y de los
resultados de medición que están en unidades de vibración tales como mm/seg
o pulg/seg.
En el ejemplo que se describe a continuación, se presenta un trabajo del
balanceo de campo en un ventilador y utilizando como referencia el cálculo
práctico para establecer si los resultados están dentro del estándar ISO 1940.
(Debe observarse que estos cálculos no se pueden ser aplicados en las
máquinas con comportamiento no lineal).
Determinación del grado de calidad.
Antes de comenzar un plan de balanceo de campo, se tiene que determinar el
grado de calidad de la máquina o el componente que se tiene que balancear
basados en los estándares del grado de calidad de ISO 1940 (Diagrama N° 1.).
En el ejemplo se balancea el ventilador de acuerdo a ISO G6.3 que, según las
especificaciones de la norma ISO, es aceptable para los ventiladores, volantes
e impulsores de bombas.
La velocidad de funcionamiento del ventilador en este caso es 2200 RPM. El
peso del rotor es 420 kilogramos y el radio en el que se harán las correcciones
es 500 milímetros. Por lo tanto, la excentricidad (eper) máxima permitida es 25
g/mm/kg (véase el Diagrama N°1.).
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
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En la práctica.
En el balanceo de campo podemos medir solamente el efecto del desbalance y
de las otras fuentes de vibración concerniente a la posición donde se localiza el
sensor de la vibración. El nivel de la vibración es un indicador del desbalance
de la máquina, pero es dependiente en la velocidad de la máquina y el punto
de medición.
Como parte del procedimiento del balanceo de campo se realiza una medición
inicial, que mide el efecto del desbalance de la máquina. Esto da una medida
con amplitud (IPS, mm/s) y un ángulo de fase para el vector inicial (Gráfica N°
1). A continuación se pone un peso de la prueba de una masa establecida en
una posición conocida respecto al rotor y esta información se ingresa en la
unidad. Se pone en funcionamiento nuevamente la máquina a la misma
Diagrama N° 1.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 175
velocidad que el funcionamiento inicial y por el efecto de esta masa de prueba
se obtiene como segunda amplitud y un ángulo de fase (Gráfica N° 2).
La unidad entonces calcula una solución: la masa de corrección y el ángulo en
el cual se ubicará. Después de la corrección se hace un chequeo final a la
misma velocidad de rotación.
Gráfica N° 1. Gráfica N° 2.
Gráfica N° 3.
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 176
El efecto de esta masa de prueba “cambia” el vector a una ubicación diferente y con una nueva
amplitud de la vibración de 6.60 mm/s en 160º. A la misma velocidad de funcionamiento se
grafica una línea desde el punto inicial hasta coincidir con el punto con el peso de prueba, para
obtener el ángulo de la masa de la corrección que tiene que ser puesta.
En teoría.
Este ángulo en el ejemplo se calcula en 32º. Teóricamente, girando el vector
32º ahora se tiene la línea del vector que pasa a través de nuestro "objetivo".
Esta línea es al ángulo correcto, pero es demasiado larga. Usando el cociente
de los dos vectores del funcionamiento inicial y del funcionamiento de prueba
con el peso de prueba de 40g, se calcula la masa real de la corrección (vea a
continuación).
Cuando:
Ua = Masa de corrección
m = Masa de prueba en gramos
a = Longitud del vector de prueba
b = Longitud del vector inicial
Calculando:
a
bmUa
gmm
mmg
aU 5.26
59
3940
ALINEAMIENTO Y BALANCEO DE MÁQUINAS Y MECANISMOS
ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 177
Como se observa, el nivel original de la vibración de 7.80 mm/s se ha reducido
a 0.62 mm/s (Gráfica N°4.). Lo importante a recordar es que la masa de la
corrección se debe poner correctamente. Ubicando el peso lo más lejos o hasta
un cambio efectivo de las fuerzas centrífugas y si la masa no se pone en el
ángulo apropiado este puede causar una degradación de los resultados del
balance (error del ángulo del vector).
Considerando ambos funcionamientos se sabe que la masa residual de la
corrección es 2.10 g, y la nueva amplitud eficaz después de balancear se ha
reducido desde 7.8 mm/s a 0.62 mm/s. Ésta es una reducción de
aproximadamente 13 veces. ¿Pero qué hace ese medio?
En un proceso de balanceo de una máquina un equipo de medición
(balanceador portátil) proporciona automáticamente los resultados de la medida
en g/mm u oz/pulg. En el balanceo de campo, un cálculo simple proporcionará
el desbalance residual, o la excentricidad, y los resultados se indican en
g/mm/kg.
Gráfica N° 4.
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Cálculo del desbalance residual.
Para calcular la excentricidad, asumir la masa de corrección mida el radio (del
desbalance) y divida por la masa del rotor.
e = Desplazamiento del centro de gravedad
µ = desbalance residual en gramos
r = Radio de corrección en mm
M = Masa del rotor en kilogramos
En consecuencia, calculando la excentricidad inicial e, el resultado es 31.54
g•mm/kg, que está fuera del límite permitido de 25 g•mm/kg.
Para calcular la excentricidad inicial einicial
M
re
kgmmgeinicial /54.31420
5005.26
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Ahora, se calcula la excentricidad final después de balancear, para el cálculo
utilizamos la masa residual de la corrección de la Gráfica N° 4 (2.10g):
Para calcular la excentricidad inicial efinal
Conclusión.
Observando el Diagrama N° 1. del grado de calidad G6.3 de ISO 1940
podemos ver que estamos dentro de los límites aceptables. Para el rotor de
420 kilogramos que funciona en 2200 RPM, la excentricidad permitida, o “e”,
sería 25 g•mm/kg. Con un desbalance residual de 1050 g•mm (2.1g a un radio
de 500mm), se obtiene una excentricidad residual, o “e”, de 2.5 g•mm/kg
(según se observa en el diagrama 1). La “e” es 10 veces mejor que la
excentricidad permitida eper.
kgmmge final /5.2420
5001.2
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TERMINOLOGÍA DE BALANCEO.
– GRADO DE CALIDAD DEL DESBALANCE – GXXX.
Para los rotores rígidos, G, es el producto del desbalance especifico, e, y de
la máxima velocidad angular del funcionamiento del rotor. La velocidad
angular de funcionamiento en RPM es expresado en radianes por segundo.
G = e x ω = constante
– CENTRO DE GRAVEDAD.
El punto en un cuerpo por donde pasan todos los resultados de los pesos
en sus planos correspondientes para todas las direcciones del cuerpo a un
centro de gravedad CG.
– PLANO (BALANCEO) DE CORRECCIÓN.
Plano perpendicular al eje de un rotor en el cual se realiza la corrección del
desbalance.
– DESBALANCE DE PAR.
Es la condición del desbalance para la cual el eje principal central intercepta
en la mitad con el eje del centro de gravedad.
– VELOCIDAD CRÍTICA.
Velocidad en el cual se excita una resonancia del sistema. La resonancia
puede estar en la estructura del apoyo (modo rígido) o puede ser el
resultado de la flexión del rotor (modo flexión).
– DESBALANCE DINÁMICO.
Es la condición del desbalance en la cual el centro del eje principal no es
paralelo y no interseca con el eje del centro de gravedad.
– ROTOR FLEXIBLE.
Un rotor que no satisface la definición de un rotor rígido debido a la
presencia de una deflexión elástica.
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ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 181
– DESBALANCE RESIDUAL PERMISIBLE UPER.
El máximo desbalance residual permitido para un rotor o en un plano de la
corrección.
– EJE PRINCIPAL DE INERCIA “E.P.I”.
Las direcciones de las coordinadas correspondientes para los momentos
principales de la inercia. El balanceo, el termino eje principal inercia se
utiliza para señalar el eje principal central lo más cercano posible y
coincidente con el eje del rotor.
– DESBALANCE (FINAL) RESIDUAL.
El desbalance de cualquier clase que exista después de balancear.
– ROTOR RÍGIDO.
Un rotor se considera rígido si su desbalance se puede corregir en cualquier
de los dos planos de corrección. Después de la corrección, el desbalance
residual no cambia significativamente en cualquier velocidad de
funcionamiento máxima.
– ROTOR.
Un cuerpo capaza de rotar que tiene generalmente por apoyos a los
cojinetes.
– DESBALANCE ESTÁTICO.
La condición del desbalance para la cual el principal central se desplaza
paralelo al eje del rotor.
– DESBALANCE ESPECÍFICO.
El desbalance estático U dividido por la masa m del otro (es decir,
excentricidad total) del rotor.
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ESCUELA MECÁNICA DE MANTENIMIENTO 182
BIBLIOGRAFÍA.
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3. R. Keith Mobley. Plant Engineering Handbook, 2001.
4. OPTALIGN smart (manual). Prüftechnik Alignment Systems GmbH.
Ismaning, 2006.