|
Sellos y Cojinetes que duran más
El
Impacto de la Alineación de Precisión en el tiempo de Vida
Por
Michael Snider y Gary L. Phillips
La
alineación de precisión del eje de maquinaria de rotación es uno de los
factores claves a reducir las cargas "parasitarias" en los cojinetes,
sellos y línea de ejes. Así, es lógico que la alineación de precisión
aumente el tiempo productivo general de la máquina, el Tiempo Medio
Entre Fallas (MTBF por sus siglas en ingles) de los componentes de la
maquinaria, y de la capacidad de ganancia de la organización - siendo
todas metas dignas y algo que todos nosotros buscamos. El enfoque
principal de este artículo es mostrar cómo la desalineación afecta los
componentes tanto del impulsor de la máquina y los equipos impulsores
una vez armados y bajo operación.
Mientras los conceptos discutidos aquí aplican a toda clase de
maquinaria de rotación, empecemos por considerar el gráfico inferior que
se relaciona con una falla con un tipo muy importante de equipo a través
de la industria, la bomba centrífuga. Los resultados de un análisis
estadístico reciente de que componentes fallan generalmente en una bomba
centrífuga son mostrados en la Figura 1. Como usted puede ver,
aproximadamente 69% de las fallas implican un dispositivo que sella, más
comúnmente un sello mecánico.
Rápidamente debemos notar que este gráfico no dice "por qué los fracasos
ocurren," pero simplemente "lo que falla"? Mientras el análisis de todas
las causas primordiales específicas de estos fracasos del componente
está más allá del alcance de este artículo, esta claro que fuentes
mecánicas de falla tal como la desalineación del eje contribuyen
apreciablemente. De este estudio, podemos concluir que la eliminación de
la causa raíz de cojinete y sello se resolvería aproximadamente 79% de
los desafíos de confiabilidad de la bomba que tuvo como resultado este
estudio.
Figura
1 –
Fallas
en
bombas
centrífugas
Principios Básicos de Alineación
La
desalineación del equipo rotatorio es definida como la desviación de la
posición relativa del eje de un eje colineal de rotación. El término
colineal, ilustrado en la figura 2, es definido como "conteniendo los
elementos que corresponden uno al otro y eso es arreglado en la misma
sucesión lineal".
Figura
2 Alineación colineal
Cuándo
se aplica al equipo de rotación, las líneas centrales tanto de eje del
impulsor como de los impulsores de la maquina forman una línea mientras
las máquinas operan, con lo cual reducen las cargas "parasitarias"
impuestas en los componentes de la maquinaria. Estos componentes de la
maquinaria incluyen los ejes, cojinetes, sellos, rotores y coples. Note
que las cargas impuestas por el desbalanceo, los errores del ensamble, y
las condiciones de funcionamiento son materias separadas.
Figura
3 –
Máquina
de
alineación
colineal
Para
maquinas de acoplamiento, los ejes están desalineados cuando sus líneas
centrales de rotación no están colineales cuando las máquinas están
trabajando.
Figura
4 –
Alineación no colineal
La
mayoría de las discusiones de la alineación del eje empiezan definiendo
los dos tipos de la desalineación: la desalineación de desfase y la
angular. Estos dos tipos de desalineación son ilustrados en la figura 5.
Figura 5 – Tipos de
desalineado
Desafíos comunes y malos entendidos acerca de la alineación del Eje
Una
gran variedad de desafíos y equivocaciones existe con respecto a la
materia de la instalación de máquina y alineación del eje. Además,
muchos de estos asuntos quedan sujetos a debate. Entre los asuntos se
encuentran los siguientes:
1.
¿Cual es el conjunto correcto de tolerancias de alineación?
2. Si
se alinea a tolerancias más precisas y no se reducen los niveles de
vibración de la maquinaria, hay un beneficio real?
3.
¿Cuál es el impacto de coples "flexibles" en tolerancias de alineación?
4. ¿Si
una máquina es susceptible a movimiento considerable debido al esfuerzo
por la tubería o al aumento térmico, e incluso al cambio de condiciones
de funcionamiento, cual es el beneficio de "tolerancias de precisión"?
5.
¿Cómo es que varias especificaciones del equipo tales como, velocidad de
operación, tipo de cojinete, tipo sello, etc. impactan el grado de
precisión requerido?
Mientras cada uno de éstos son materias importantes y, verdaderamente,
los desafíos de la postura, nuestro enfoque aquí está en mirar el sujeto
puramente de la perspectiva de los cojinetes y de los sellos.
Ejemplo Gráfico de Tolerancia de alineación
Mientras la decisión final en tolerancias de alineación debe ser hecha
por compañías individuales basadas en la naturaleza del equipo y su
criticalidad al negocio, los gráficos mostrados en la figura 6 son
tolerancias típicas comúnmente aceptadas en la alineación.
Figura
6 –
Tolerancias comúnmente aceptadas
Los
gráficos tales como éstos son muy comunes; sin embargo, unas cuantas
precauciones deben ser consideradas:
• Las
tolerancias de la Angulosidad y la desviación enfocan la atención en el
cople, no en la longitud de los ejes ni la cantidad de la desalineación
en los cojinetes.
• La
velocidad de operación es un factor para ser considerado, pero muchos
factores más deben ser considerados también.
Considere la figura 7. Dar una alineación a una máquina de 1800 RPM a
la "excelente" angulosidad y desfase proporcionadas en el gráfico
previo, mire la cantidad de desalineación en los pies de la máquina, que
resulta ser muy cerca de los cojinetes de la máquina.
En
resumen, lo que vemos es eso, aunque los valores de la desviación y la
angulosidad en el "cople" están dentro de tolerancias típicamente
consideradas "excelente," allí se queda las desviaciones en los patas
delanteras y traseras de la máquina de 0,007” (0.175mm) y 0,023”
(0.585mm), respectivamente.
Figura
7 – Maquina a 1800 RPM “Excelente” alineación.
Mientras los valores de la desalineación en este ejemplo obviamente no
son "precisos," necesitamos considerar por qué la desalineación lleva a
fracasos prematuros de la maquinaria, especialmente en componentes tales
como cojinetes y sellos mecánicos.
Vea la figura 8
Figura
8 – El desfase causa una carga adicional
Al
operar, las líneas centrales del eje que de rotación buscan una posición
colineal, y eso es verdad a pesar del tipo de cople, el tipo de
cojinetes, o de la velocidad operacional de las máquinas. Al tratar de
alcanzar una posición colineal en este ejemplo, considere la cantidad de
desviación en las patas, también cerca del cojinete final, 0,005”
(0.125mm) y 0,006” (0.155mm).
¿Por
qué éstas
desviaciones son un
asunto?
Para
contestar esa pregunta necesita considerar el espacio libre interno
radial de los cojinetes y el espacio libre entre el cojinete y la
envoltura del cojinete. Para diámetros típicos de eje de máquina de 2
pulgadas (50 Mm), el espacio libre interno máximo del elemento rodante
típico del cojinete es aproximadamente 0,001” (0,025 Mm) y el espacio
libre máximo entre el diámetro exterior del cojinete y la envoltura es
también cerca de 0,001” (0,025 Mm), para un suma de sólo 0,002” (0,050
Mm).
Si, en
este ejemplo, al tratar de alcanzar una posición colineal los dos ejes
necesitan viajar 0,006” (0.155mm) y 0,005” (0.125mm), mas hay sólo
0,002” (0.050mm) de espacio disponible. No sólo perdemos el espacio
esencial necesitado para una película de aceite dentro de los cojinetes,
pero los cojinetes también no tienen elección sino sostener la carga
dinámica adicional y los ejes sostienen las fuerzas que doblan. Estas
fuerzas adicionales no sólo causan desvío del eje, que puede llevar a la
falla del eje, sino también llevan al daño extenso del componente que la
mayoría de las personas consideran la conexión más débil en la máquina,
el sello mecánico.
Figura
9 – Desalineación y reducciones en la vida del cojinete
Un
estudio reciente realizado en la Universidad de Tennessee encontró que
las cantidades aún pequeñas de desalineación podrían reducir
apreciablemente la vida del cojinete. El estudio encontró que si, en
promedio, un motor fue desfasado y desalineado por 10% del desfase
admisible por el fabricante, había una reducción correspondiente del 10%
en la vida interior del cojinete. Además, si un motor fue desalineado
desfasadamente por 70% del cople admisible por el fabricante, había el
50 % correspondiente de reducción en la vida interna del cojinete.
Los
resultados
del
estudio
son
resumidos en
la Figura 9.
Una
Perspectiva Diferente en Tolerancias de Alineación
Muchas
compañías se han dado cuenta de la mejora significativa en la vida de
los cojinetes, la vida del sello, y a la confiabilidad general de la
maquinaria aplicando las tolerancias de la alineación tales como
aquellas descritas abajo de que se enfocan no en el acoplamiento de la
angulosidad y los valores de la desviación, sino en las desviaciones
máximas que son permisibles en el acoplamiento y en los pies de la
máquina.
Dado
nuestro ejemplo previo, consideremos el valor de "las tolerancias de la
alineación de la precisión" en el eje, cojinete y la vida mecánica del
sello. Considere la ilustración en la figura 11. Por los valores en la
figura 10, dando una desviación máxima en el acoplamiento de 0,001”
(0.025mm) y una desviación máxima en las patas de 0,002” (0.050mm), el
gráfico de abajo muestra el peor de los casos.
Con los
ejes en esta posición, si nosotros ahora miramos las distancias que los
dos ejes necesitarían viajar para alcanzar una posición colineal, usted
puede ver el valor de tales tolerancias. En este caso, las distancias
que los ejes necesitan viajar son menos de 0,001” (0.025mm). Y, los
espacios libres típicos dados del cojinete, usted puede ver que estas
distancias son no sólo tolerables a los cojinetes; sino en la reducción
en la carga del cojinete, aumento en la vida del lubricante, disminución
del estres del eje, y finalmente en la vida mecánica del sello ahora es
tomada en cuenta.
Figura
11 – Más precisión en la Alineación de Precisión
Conclusiones
Las
tolerancias de la alineación a menudo han sido tratadas con una actitud
de desgano de "solo aproxímate". Sin embargo, las tolerancias de la
alineación son realmente la medida de un trabajo bien hecho y estos
proporcionan la definición de que tan cerce es realmente. Hay dos
razones de utilizar las tolerancias. La razón clave es de establecer las
metas. ¿Si usted no tiene una meta, cómo sabe usted cuando el trabajo
esta terminado? Si no hay una meta, no puede haber una alineación de
calidad. El segundo propósito de las tolerancias de alineación es de
establecer la responsabilidad. La responsabilidad es la evaluación de la
calidad de la alineación. ¿Si no hay tolerancia de comparar una
alineación a, cómo puede ser juzgada la calidad de la alineación? La
responsabilidad puede crear la competencia, conduciendo a un mecánico
para que consiga hacer un mejor trabajo.
Mientras la adherencia a tales tolerancias estrictas de la alineación
coloca una variedad de desafíos, y al encontrar estas tolerancias no son
siempre prácticas ni necesarias, es claro que los encontrando siempre
que posible contribuirá positivamente alcanzar o exceder la vida del
diseño de los cojinetes y de los sellos. A cambio, esto ayudará a
alcanzar esas metas que todos nosotros nos esforzamos para -aumentar el
tiempo productivo de la máquina, el MTBF, y aumentar la capacidad de las
utilidades de la empresa.
Michael Snider es el fundador y director general de Universal
Technologies companies, incluyendo operaciones en los EEUU, Europa, y
Latino América. Michael tiene más de 23 años de experiencia en los
campos de confiabilidad de maquinaria, capacitación técnica, diseño y
desarrollo de programas de calificación y capacitación. Recibió su
título en Filosofía e inglés en 1981 y 1982, respectivamente, del S.
Andrews Presbyterian College y termino sus estudios y se graduo de
Física y Matemáticas en la Universidad de Carolina del norte en 1987.
Michael es el padre orgulloso de cinco niños y un nieto. Sus pasatiempos
incluyen viajar, leer, esquiar en nieve, y la escritura.
Gary
Phillips es Instructor Senior en Universal Technologies con 28 años de
experiencia en el análisis de vibración y las técnicas de capacitación
relacionadas con la confiabilidad de la maquinaria. Su pericia se
extiende a la localización de fallas y la resolución de problemas, el
análisis de la Causa Raíz, balanceo de campo y en-sitio, la evaluación
de programas de confiabilidad, la implementación y la administración,
control de calidad y aseguramiento de la calidad, la alineación avanzada
de maquinaria de precisión que utiliza láser y los métodos de indicador
de dial. Gary recibió su título en Ingeniería Mecánica en 1969 de la
Universidad de Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan. El vive en Duncan,
Columbia Británica, Canadá. |
