Mantenimiento Mecanico de Maquinas

C ollecció «Treballs d’Informática i Tecnología» Núm. 25 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Francisco T. Sánchez Marín, Antonio Pérez González, Joaquín L. Sancho Bru, Pablo J. Rodríguez Cervantes PRÓLOGO La idea de escribir este libro surgió tras varios años impartiendo asignaturas de ingeniería mecánica y mantenimiento en la Universitat Jaume I y después de ob­ servar la escasez de libros escritos en español dedicados de forma monográfica al mantenimiento mecánico de máquinas. Desde el principio, el propósito de este libro fue doble: por un lado, servir como libro de texto en cursos de ingeniería me­ cánica y mantenimiento de estudios universitarios y, por otro lado, servir como libro de referencia en el quehacer diario de profesionales técnicos dedicados al mantenimiento industrial. Se ha intentado orientar el texto hacia la práctica, haciendo descripciones es­ quemáticas y concretas de los procedimientos y aportando numerosas figuras que ayuden a la comprensión de los conceptos y de las situaciones explicadas. El contenido está organizado siguiendo la lógica del aprendizaje. En el primer capítulo se realiza una introducción al tema, ubicando el contexto. El capítulo 2 trata de un tema fundamental en el mantenimiento mecánico: la lubricación (o tribología). Los capítulos 3, 4 y 5 tratan sobre el mantenimiento de los elementos mecánicos más habituales en máquinas: engranajes, correas, cadenas, cojinetes y rodamientos. Los capítulos 6 y 7 describen algunas operaciones básicas que se realizan frecuentemente en mantenimiento industrial, como son la alineación y el equilibrado de elementos de máquinas. Finalmente, el capítulo 8 describe las mo­ dernas técnicas de mantenimiento predictivo basado en vibraciones. Dado que el campo de las vibraciones es complejo, se ha incluido un apéndice en el que se rea­ liza una introducción, prácticamente desde cero, a la medida de vibraciones. Este apéndice puede ser revisado por el lector o no dependiendo de sus conocimientos previos en el tema. Los autores. ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 1.1. M antenim iento in d u strial..................................................................................7 1.2. Funciones del m antenim iento in d u stria l....................................................... 8 1.2.1. Funciones primarias del m antenimiento...................................................8 1.2.2. Funciones secundarias del m antenim iento.............................................. 9 1.3. Tipos de m an ten im ien to ..................................................................................10 1.4. O peraciones de m antenim iento m ec á n ic o ..................................................15 1.5. E strategias de m antenim iento in d u stria l....................................................17 1.6. M antenim iento mecánico de m áq u in as....................................................... 20 1.7. Fallo m ecánico.................................................................................................... 22 1.7.1. Tipos de fallo según la probabilidad asociada a la edad de la m áquina.................................................................................................. 22 1.7.2. Tipos de fallos mecánicos.........................................................................23 2. LUBRICACIÓN 2.1. In tro d u c ció n .......................................................................................................27 2.2. Estados de lubricación.....................................................................................29 2.3. Propiedades y composición de los lubricantes........................................... 31 2.3.1. Propiedades de los lubricantes................................................................. 32 2.3.2. Tipos de lubricantes...................................................................................35 2.3.3. A ditivos.......................................................................................................39 2.4. A plicaciones........................................................................................................40 2.5. Análisis de lu b rican tes.....................................................................................45 2.6. Sistemas de lu b ric ac ió n ...................................................................................45 2.6.1. Lubricación m anual...................................................................................45 2.6.2. Sistemas automáticos de lubricación......................................................46 3. MANTENIMIENTO DE ENGRANAJES 3.1. In tro d u c ció n .......................................................................................................51 3.2. C ajas de e n g ra n a je s......................................................................................... 55 3.2.1. Cajas con trenes de engranajes fijo s....................................................... 55 3.2.2. Cajas con trenes de engranajes planetarios............................................ 57 3.3. Instalación de sistem as de e n g ra n a je s......................................................... 58 3.3.1. Selección..................................................................................................... 58 3.3.2. M ontaje........................................................................................................59 3.3.3. Puesta en servicio......................................................................................59 3.4. M antenim iento de en g ran ajes........................................................................60 3.4.1. Tipos de fallos en engranajes................................................................... 60 3.4.2. Lubricación.................................................................................................66 3.4.3. Análisis del estado. Recomendaciones...................................................68 4. MANTENIMIENTO DE TRANSMISIONES FLEXIBLES 4.1. In tro d u c ció n ...................................................................................................... 69 4.2. M antenim iento de c o rre a s.............................................................................. 70 4.2.1. Inspección de transmisiones por correa................................................. 71 4.2.2. Instalación de correas............................................................................... 75 4.2.3. Pretensión de correas................................................................................ 77 4.2.4. Fallo en transmisiones por correa........................................................... 79 4.3. M antenim iento de cadenas............................................................................. 83 4.3.1. Instalación de cadenas.............................................................................. 86 4.3.2. Lubricación de transmisiones por cadena.............................................. 89 4.3.3. Mantenimiento de transmisiones por cadena.........................................95 5. MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE APOYO DE EJES 5.1. In tro d u c ció n ...................................................................................................... 99 5.2. M antenim iento de cojinetes de fric c ió n ....................................................101 5.2.1. Elementos de un cojinete de fricción....................................................101 5.2.2. Tipos de cojinetes....................................................................................101 5.2.2.1. Tipos de cojinetes según el tipo de lubricación......................... 103 5.2.2.2. Tipos de cojinetes atendiendo a la dirección de la carga soportada..................................................................... 104 5.2.2.3. Tipos de cojinetes radiales atendiendo a su configuración geom étrica....................................................................................... 105 5.2.3. M ateriales.................................................................................................106 5.2.4. Tipos de fallo en cojinetes..................................................................... 108 5.2.5. Operaciones de mantenimiento y reacondicionado de cojinetes..... 113 5.3. M antenim iento de rodam ientos.................................................................. 115 5.3.1. Elementos de un rodam iento................................................................. 115 5.3.2. Tipos de rodamientos.............................................................................. 117 5.3.3. Sistemas de fijación de rodamientos.....................................................120 5.3.3.1. Fijación radial de rodam ientos.....................................................120 5.3.3.2. Fijación axial de rodamientos....................................................... 122 5.3.4. Montaje y desmontaje de rodam ientos.................................................126 5.3.4.1. Recomendaciones durante el montaje y desm ontaje.................126 5.3.4.2. Montaje de rodamientos con agujero cilindrico........................ 127 5.3.4.3. Desmontaje de rodamientos con agujero cilindrico...................132 5.3.4.4. Montaje de rodamientos con agujero cónico..............................136 5.3.4.5. Desmontaje de rodamientos con agujero cónico....................... 143 5.3.4.6. Montaje y desmontaje de rodamientos con agujero cónico utilizando manguitos.......................................................................145 5.3.5. Fallo en rodamientos............................................................................... 149 5.3.5.1. Síntomas de fallo ............................................................................ 150 5.3.5.2. Causas de fallo................................................................................ 152 5.3.5.3. Relación entre síntomas y causas................................................ 153 5.3.6. Operaciones de mantenimiento de rodam ientos................................. 153 5.3.6.1. Inspección con máquina en m archa............................................. 156 5.3.6.2. Inspección y mantenimiento con máquina parada.....................158 5.3.6.3. Selección del lubricante................................................................. 160 6. A C O P L A M IE N T O Y A L IN E A C IÓ N D E E J E S 6.1. In tro d u c ció n .................................................................................................... 163 6.2. A coplam iento de e je s .....................................................................................164 6.2.1. Descripción de los acoplam ientos........................................................ 164 6.2.2. Tipos de acoplamientos..........................................................................168 6.2.2.1. Acoplamientos rígidos................................................................... 168 6.2.2.2. Acoplamientos flexibles para potencias pequeñas....................172 6.2.2.3. Acoplamientos flexibles industriales........................................... 176 6.2.3. Instalación y desinstalación de acoplamientos................................... 191 6.2.4. Lubricación de acoplamientos............................................................... 198 6.2.5. Mantenimiento de acoplamientos......................................................... 200 6.2.5.1. Inspección........................................................................................ 200 6.2.5.2. Relubricación...................................................................................201 .............260 7.................3.......228 6.....................5........3...........280 .. Método de los coeficientes de influencia..............3................................................... Tolerancia y grado de equilibrado ..269 7. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 7..................4.........................................1...3...1................... Método de los comparadores alternados.7.......... Procedimiento de alineación............4............. Introducción .4.........5............ Desequilibrio dinámico... Alineación de ejes ............ 259 7................ 241 7....... Equilibrado de rotores flexibles .......................................214 6..............2.............. Método radial-axial..1. 272 7.5.6......4.......................4... Equilibrado en un plano................6..1.5............ Equilibrado de rotores rígidos ...........................3.....................210 6...5............................. Cálculo de los desplazamientos para la alineación.....1.........................3.....2...........................................6...6..262 7...............................................4........... Método de las 4 carreras..........................3.........278 7......................................................3........... Medida de la desalineación........................... Equilibrado en dos planos.. 201 6.....266 7...................5........267 7...... Diagnóstico de la desalineación....3.... 277 7. Método de equilibrado m odal.......271 7.......................3............ Tolerancias de desalineación........ 203 6....... Desequilibrio estático..................................8........3.................... Consideraciones previas a la alineación de e je s ...............5........9............. Rotores rígidos..........................205 6.......... Sistemas rígidos y flexibles ...... Medida con comparadores......................4........................................ 275 7...............2.....................3.......... 264 7.......4........3................... Tipos de desalineaciones en e je s ..........................................5......... 264 7..4................................... 232 6...............2...6.............. Criterio de signos e hipótesis de partida......................................................................... Equilibrado en un plano............................ Equilibrado estático-dinámico...3...................3...................................................1.....216 6..................................3..........................................................2. Tipos de desequilibrio ........................................................ Consideraciones sobre el proceso de equilibrado .................. 255 7..............211 6...1........3...1..... 222 6......... 209 6.1...................................... 265 7.....................3...3........ Método de alineación por láser................................. Diagnóstico de desequilibrios ................ 213 6........................2........... 260 7......... Equilibrado en un plano o equilibrado estático........ Dispositivos comerciales de equilibrado.... ....v...................5........4... Métodos de análisis.1............................................... Holguras........323 8... 287 8................3................. Desequilibrio de rotores..........................................8......................................3.................................................................4..............4................................................................... Niveles de vibración..........................................301 8....2........ Fallo en rodamientos....4............................322 8.............................. Selección de puntos de m edida.....299 8.... 329 8.................................>4oxv(\as.........4..... Fallo en engranajes..............9.............3..4....................... 298 8.....................................................................4..........................4.......338 8.............................4..........2.......................... Entrehierro no uniforme en motores eléctricos.........................10........... Problemas en cojinetes de fricción.5...............4..............................................................7........................... Organización de un sistema de mantenimiento predictivo .........1....5............................ Desalineación........2...........................................295 % .... 330 8.................12.......\S>0.............. .......................293 8..........3..............................299 8.332 8..8.......11.....................................................298 8...............................................7..........303 8.. Procedimiento de m edida.............. Otras norm as........2...................3.................................... Carta de Rathbone...............2....................... Eje deformado........ Resonancia... 290 8........... Introducción .................. Norma UNE 20113-14.....4........................ 343 8.......................1........... Selección de máquinas y establecimiento de rutas.........3..............2................................... Eje agrietado........................................................ Excentricidad.......326 8.........................................................4.............2...... 328 8......... MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 8..........................4..................................... R o ces..............313 8.... Diagnóstico de causas de vibración ...4..........324 8... 339 8................................................. Norm ativa ................................................4..........................................................................347 ............ Bases de datos e informes...3.....1...............................................335 8................. Gráfico de Dresser-Clark.........4...6............TS'S 8........ 327 8.....................2..............3.3......... ............367 A.................................... ................................................367 A.......... Funciones periódicas............ 386 B.....................................3....... Vibración de sistemas de múltiples grados de libertad.................3... Vibración de los sistemas m ecánicos ............................................................3.......362 A.............................. Sistema de un grado de libertad...2..................3............ 365 A.APÉNDICES A. BIBLIOGRAFÍA 389 ..................................................... Medida de la vibración................... Transductores.................................................................................................4...............4...........................Frecuencia natural de vibración................3......... 369 A........2................Funciones no periódicas............................. Definiciones ...... Vibración mecánica...2................................................6... A nalizador...................... Ejemplo de m ed ida........... 358 A........................................ 368 A........ 367 A........................353 A.......... Resonancia..............373 A.....................5...4...373 A......358 A.. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA A ....1.....4......4..................................... Conceptos asociados a la medida de vibraciones........ Módulo de acondicionam iento......3.....3............2 Transformación al dominio de la frecuencia.............................................. 384 A.......2......l.....2...............................................1....1.. 366 A.............. no se trabaja contrarreloj y una avería provoca pérdidas mucho menores. las industrias tratan maximizar su capacidad de producción llegando a funcionar todo el tiempo disponible. Desde un punto de vista amplio. Pero precisamente esta dilatada interrelación hace que la función mantenimiento constituya uno de los pilares fundamentales que condiciona la eficiencia de cualquier industria moderna. además de otras considera­ ciones (por ejemplo. dentro de los cuales figura el tipo de mantenimiento implantado. El grado de consecución del mismo depende de varios factores. En un mer­ cado en auge y crecimiento. de tal forma que cualquier intento de producción sin mantenimiento resulta caótico.1. Por el contrario. ya que una parada larga causada por la avería de una máquina crítica puede afectar a la producción de toda la planta duran­ te horas (incluso días) y conllevar grandes pérdidas económicas por lo que se po­ dría haber producido y no se produjo (coste de oportunidad). como se ha mencionado. Esto es tanto más así cuanto mayor sea la intención de maximizar la pro­ ductividad. el resto de disciplinas involucradas dependen en mayor o menor medida del mantenimiento. ser respetuosa con el medio ambiente). en el que se puede vender tanto como se produzca. la eficiencia con que se lleve a cabo el mantenimiento posee mucha menos relevancia. En cierto sentido. El concepto está íntimamente rela­ cionado con el objetivo de toda industria y su modo de funcionamiento. aunque el resto de tareas se realicen con gran per­ fección. En tal situación. Así. el cual a su vez depende de la situación del mercado en el que se encuentra. debe procurar maximizar sus beneficios. . El objetivo primordial de una industria (en su función de empresa) es generar riqueza en el entorno en el que se desarrolla y para ello. antes o después. Sin embargo. que es fácil en­ contrar en la literatura multitud de definiciones.INTRODUCCIÓN 1. el mantenimiento es un aspecto fundamental para conseguir una producción máxima. En consecuencia. la importancia relativa del mantenimien­ to para lograr el objetivo anterior depende de la situación del mercado. en un mercado en declive la producción es más relajada. puede decirse que el mantenimiento industrial es una disciplina con la que. se relacionan todas las demás disci­ plinas involucradas en el proceso de producción industrial. puede decirse que el mantenimiento ayuda a este objeti­ vo. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL El mantenimiento industrial abarca tantos aspectos diferentes. Consiste en la realización de las reparaciones nece­ sarias en la maquinaria de producción de forma rápida y económica. cuando se persigue una calidad máxima en el producto. Por este motivo. la calidad del programa de mantenimiento tiene una influencia im­ portante sobre la calidad final del producto. la implantación de un sistema de mantenimiento en una industria no es una tarea fácil. moderada. 1. ya que involucra a todos los departamentos y a todos los es­ tamentos de la misma.El mantenimiento industrial es. depen­ diendo de un gran número de variables cuya constitución habitualmente está más allá de soluciones inmediatas u obvias. modesta o nada en absoluto. FUNCIONES DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL El mantenimiento industrial está definido por las funciones que le son atribui­ das. Estas funciones pueden clasificarse en dos grandes grupos atendiendo a la dedicación por parte del grupo de mantenimiento. dedicando la mayor parte de su tiem­ po. F U N C IO N E S P R IM A R IA S D E L M A N T E N IM IE N T O Las funciones primarias del mantenimiento son aquellas que el Departamento de Mantenimiento debe realizar diariamente.1. Estas funciones principales se pueden agrupar dentro de las siguientes categorí­ as: Mantenimiento del equipo industrial. aparte de una disciplina.2. Es posible encontrar desde los sistemas de implantación más extremos en los que existe expresamente un Depar­ tamento de Mantenimiento con una gestión extensiva de las operaciones. Finalmente. Esto inclu­ ye la anticipación a los fallos y el empleo de técnicas de mantenimiento preven­ tivo donde sea posible. En la práctica. . 1. hasta industrias en las que el mantenimiento se realiza de forma errática persiguiendo más sobrevivir a la producción diaria que maximizar la eficiencia. Esta es la principal actividad atribuida al grupo de mantenimiento. Debe tener un respaldo sólido por parte de la dirección y debe contar con el apoyo de todos.2. Por otro lado. una estrategia que pue­ de ser aplicada de forma intensiva. Posee una especial relevancia debido a que sin mantenimiento resulta imposible lograr unos niveles altos de eficiencia en la pro­ ducción. es necesario potenciar la intensidad y calidad del trabajo de mantenimiento. dentro del tejido industrial de cualquier comunidad existe una distribución casi continua del nivel de intensifi­ cación del sistema de mantenimiento implantado. En industrias pequeñas (con una única planta).2. las tareas de limpieza general de la planta deben estar atribuidas a un grupo aparte (interno o externo a la empresa) descargando al Departamento de Mantenimiento de esta tarea. también íntimamente relacionada con el tipo de mantenimiento que esté implan­ tado. las grandes industrias (especialmente las que cuentan con múltiples plantas) en continua expansión suelen disponer de un grupo de instalación que puede depender del Departamento de Mantenimiento o ser independiente y trabajar en íntima colaboración con éste. si es necesario el mantenimiento de grandes extensiones de te­ rrenos adyacentes a la planta. pudiendo llegar a ser necesario subcontratarlo a una empresa especializada. Aunque en algunas industrias esta tarea es asignada a otros grupos de trabajo ajenos al de mantenimiento (incluso externos a la indus­ tria de que se trate). También consiste en la limpieza. por ejemplo. la implicación del grupo de mantenimiento en el proceso proporciona generalmente un incremento de la estandarización y un mejor se­ guimiento. La mayor parte de los sistemas de mantenimiento se basan en la explotación de información histórica. aunque estas competencias deben estar limitadas. Así. de la información obtenida de todas las intervenciones. Consiste en el examen regular de las mismas con el fin de detectar y subsanar posibles causas de fallo antes de que éste ocurra. Mantenimiento de edificios y terrenos. con el fin de optimizar su funciona­ miento y durabilidad. Por otro lado. lubricación y puesta a punto pe­ riódica de los elementos de las máquinas. Esta es una operación esencial comple­ mentaria a la reparación de las máquinas. especialmente con los tipos preventivo y predictivo.2. Modificación de las instalaciones y realización de instalaciones nuevas. por tanto. Gestión de la información relativa al mantenimiento. Esta gestión está. 1. Sin embargo. La reparación de edificios y propieda­ des externas a las plantas también son tareas habitualmente asignadas al Depar­ tamento de Mantenimiento. lo mejor posible. F U N C IO N E S S E C U N D A R IA S D E L M A N T E N IM IE N T O Aparte de las funciones primarias descritas anteriormente. éste debe ser organizado de una forma especial. Esta tarea compete o no al Departamento de Mantenimiento dependiendo general­ mente del tamaño de la industria.- - - - Inspección y lubricación de equipos. que siguen las pres­ cripciones de la primera. tarea del grupo de mantenimiento realizar una gestión. esta tarea es habitualmente subcontratada a otras empresas. Es. con el fin de disponer de un historial de casos y soluciones que permita en el futuro afrontar los problemas que surjan de la forma más eficiente posible. existen algunas otras funciones que pueden estar atribuidas al Departamento de Mantenimiento por ra- . 1. Estas tipologías básicas de mantenimiento son las siguientes: - Mantenimiento ante fallo. en las grandes industrias. La gestión de los almacenes de re­ puestos de máquinas es una tarea que. en la actualidad se utili­ za masivamente junto con el mantenimiento correctivo debido. a .zones de conveniencia o por requerimiento de conocimientos técnicos. está atribuida al grupo de mantenimiento ya que éste realiza su función en íntima relación con estos alma­ cenes. Diversos términos como Mantenimiento Proactivo. sino que se realiza un manteni­ miento planificado que combina los diferentes tipos con el objetivo de optimizar los costes globales y la disponibilidad de los equipos. En algunos casos. Entre estas funciones secundarias se encuentran las siguientes: - - - Gestión de almacenes de mantenimiento. TIPOS DE MANTENIMIENTO Existen varios tipos de mantenimiento con diferencias en cuanto a objetivos. Para ello se pone énfasis en sustituir o reparar rápidamente las piezas que han fallado. se refiere a las operaciones de mantenimiento que tienen lugar tras el fallo y cuyo objetivo fundamental es la rápida devolución de la máquina a las condiciones de servicio. generalmente. Si bien es un tipo de mantenimiento poco desarrollado. ninguna de estos tipos se utiliza exclusivamente. También llamado mantenimiento frente a rotura {Breakdown Maintenance ). La gestión de los residuos generados por la planta es también habitualmente gestionada desde el departamento de mantenimiento. de los equipos de prevención y protección contra incendios y el tratamiento de las re­ comendaciones de seguridad laboral. o RBM) o Mantenimiento Productivo Total ( Total Productive Maintenance .5.3. existe una gran multitud de funciones con posibili­ dad de ser atribuidas al grupo de mantenimiento. planificación. tal como se describe en el apartado 1. etc. Seguridad de las plantas. En la actualidad. Estas funciones incluyen la gestión del personal de seguridad. en unos casos. es importante delimitar con gran concreción la autoridad y responsabilidad del grupo ante ca­ da una de estas funciones. Otras. Sin embargo. Mantenimiento Basado en la Fiabilidad (Reliability Based Maintenance. Eliminación de residuos. Como las anteriores. recursos necesarios. las funciones de seguridad de las plantas industriales se incorporan al departamento de ingeniería de manteni­ miento. o TPM) designan formas diferen­ tes de enfocar la planificación del mantenimiento en una planta industrial combi­ nando los cuatro tipos básicos citados así como ciertos enfoques adicionales. Además. • El trabajo de mantenimiento no puede ser planificado. el fallo de una pieza pequeña y poco costosa pro­ voca un fallo catastrófico en la máquina que se traduce en una pérdida eco­ nómica importante. • Las averías imprevistas pueden dar lugar a siniestros con consecuencias graves para el personal o el resto de las instalaciones. el problema de fondo no se solucionará en tanto no se corrija el desequilibrio existente. el personal de mantenimiento puede sufrir una acumula­ ción puntual de trabajo que impida el restablecimiento normal de la fabri­ cación de forma inmediata. • Las averías. • Si la reparación no es rápida el fallo de la máquina puede dar lugar a una pérdida económica importante al producirse una parada de producción. dado que no se sabe cuándo se va a producir el fallo (imposibilidad de previsión). lo que incrementa el coste de material inmovilizado y de almacén. pueden ser graves para la máquina. por ejemplo) lo que retrasa la reparación y puesta en servicio. La acción reparadora se limitará a sustituir los rodamientos defectuosos. las desventajas que presenta este método son numerosas.un desconocimiento más avanzado de las técnicas de mantenimiento y a la falta de organización aunque. Sin embargo. Así. Por ejemplo si existe un desequilibrio en un eje de una máquina se produci­ rá un desgaste rápido de los rodamientos y como consecuencia un deterioro de los mismos. ago­ tando de este modo su vida útil. en otros casos. este tipo de mantenimiento no reduce el riesgo de daños en los trabajadores ni en las instalaciones. es­ pecialmente en máquinas críticas dentro de la línea. Sin embargo. el fallo puede producirse cuando el personal técnico de mantenimiento no está en la planta (durante la noche. pudién­ dose destacar las siguientes: • En este tipo de mantenimiento no se busca la causa origen de la avería (que no necesariamente se encuentra en la pieza que ha fallado) por lo que. al ser imprevistas. ya que el fallo de un elemento puede dar lugar al fallo de otro elemento conectado al mismo. La ventaja fundamental de este método es la rapidez de la puesta en funciona­ miento de la máquina y que las diferentes piezas se usan hasta que fallan. en el caso de que varios fallos se produzcan simultáneamente. En ocasiones. . tras la reparación. • Obliga a la existencia de repuestos suficientes para cubrir las eventuales reparaciones y evitar largas paradas esperando a los repuestos lleguen a la planta. Así. está plenamente justificado por ser el método más eficiente. la avería se volverá a repetir en un corto espacio de tiempo. El éxito del método radica en una adecuada elección de los intervalos de sustitución de las piezas.) que permita obtener un beneficio al realizar en ese momento la sustitución de la pieza a la que se aplica prevención (mantenimiento preventivo de oportunidad). y no supone interrupciones ni perjuicios en el proceso productivo. De este modo tratan de evitarse los fallos inesperados. con la salvedad de que. económica. sólo es aplicable cuando existe disponibilidad suficiente de equipos de repuesto y la sustitución es rápida. Sin embargo. más indicado que el mantenimiento ante fallo (no correctivo). lo que permite con un repuesto reducido cubrir gran parte de los eventuales fallos. Se basa en el establecimiento de una rutina sustitución de piezas a intervalos periódicos de tiempo. El método es especialmente indicado para aquellos componentes que tienen una curva de deterioro claramente depen­ diente del número de ciclos. probablemente el mantenimiento correctivo sea más económico y eficiente que cualquier otro. Esto suele ser así en el caso de máquinas sencillas y baratas y de las cuales existen varias unidades en la planta industrial. De hecho el cambio de aceite y filtros o bujías en un automóvil es un claro ejemplo de la aplicación de una estrategia de mantenimiento preventivo. produciéndose un menor número de imprevistos y paradas no programadas de producción. Este tipo de mantenimiento tiene las mismas carac­ terísticas que el anterior (mantenimiento ante fallo) salvo en que considera ne­ cesario no solo reparar la máquina averiada sino también buscar. es que la planifi­ cación del mantenimiento es más sencilla. reduce la nece­ sidad de almacenamiento de repuestos. Además. máquina parada por avería de otra pieza. Las ventajas e inconvenientes de este método son las mismas que en el mante­ nimiento ante fallo. como por ejemplo los filtros. se previene la rápida reaparición del mismo. Planned Preventive Maintenancé). basándose en el número de ciclos realizados o el tiempo de trabajo de la máquina y en la información histórica del tiempo medio entre fallos (MTBF. El mantenimiento preventivo más común es el planifica­ do (PPM. Este tipo de mantenimiento también incluye las operaciones preventivas que se ejecutan aprovechando alguna coyuntura (máquina parada por cuestiones de producción. entre las que cabe reseñar: . frente al mantenimiento correctivo.- - Mantenimiento correctivo. indepen­ dientemente del estado de la pieza. diagnosticar y corregir la causa real que provocó el fallo. Mean Time Between Failure ) del componente. La ventaja de este método. al reparar la causa original del fallo. este método tiene algunas desventajas. En la mayoría de casos la sustitución de un componente se realiza sistemáticamente. Este método. Mantenimiento preventivo. Es un tipo de mantenimiento cuyo objetivo consis­ te en prevenir el fallo. etc. ajustando la adquisición de los mismos a los períodos planificados de inspección. En estos casos. se actúa con una operación correctiva que subsana la causa del fallo y repara o sustituye las piezas dañadas o desgastadas. la temperatura. produciéndose en cambio un coste económico al reemplazar una pieza que aún podía funcionar correctamente por mucho tiempo. en los casos en que la sustitución se realiza apro­ vechando paradas de la producción que igualmente debían realizarse por otros motivos técnicos. el nivel de vibración. labor complicada dado el elevado número de factores variables que pueden afec­ tar a la vida de algunas piezas. o condition m on itorin g ) corrige las desventajas del mantenimiento preventivo. el nivel de partículas metálicas en el lubricante. en parte. sólo se analiza el estado de la máquina mediante la medida de una serie de pa­ rámetros objetivos. u otros parámetros característicos del funcionamiento de cada máquina en concreto (caudal. • Las paradas de producción necesarias para realizar las operaciones de man­ tenimiento preventivo afectan al ritmo normal de producción y pueden su­ poner un coste elevado que en algunos casos puede no recuperarse. en otros la medida se realiza con una periodicidad definida. también llamado mantenimiento basado en la condición (c o n d itio n -b a sed m aintenance. Esto puede paliarse. fallos que no se habrían producido sin dicha intervención. De todos . Este método. y corregir o susti­ tuir los elementos necesarios antes de que se produzca el fallo Algunos de los parámetros más usados como indicador del estado de la máquina o de algunos de sus componentes son el nivel de ruido. En algunos casos la medida del valor de estos paráme­ tros se realiza de forma continua. La medida de los parámetros se realiza sin necesidad de parar la máquina ni in­ terrumpir la producción. • La probabilidad de fallo del sistema no se reduce si la sustitución se realiza dentro del rango de vida útil de la pieza (zona plana de la curva de la bañe­ ra). presión en el caso de bombas. • En máquinas cuyo funcionamiento no es continuo esta estrategia obliga a incorporar contadores de diversos tipos para controlar los períodos de in­ tervención. debidos a errores humanos en los trabajos de sustitución. caso de que las haya habido. Cuando los parámetros medidos demuestran la inminencia de un fallo. El intervalo de inspección debe fijarse en un tiempo que permita detectar variacio­ nes en el estado de la máquina. cambiando las sustitucio­ nes periódicas por inspecciones periódicas en las que no se sustituyen piezas. dando lugar al mantenimiento predictivo Onli­ ne o continuo. Mantenimiento predictivo. intensidad o voltaje para máquinas eléctricas).• Puede resultar antieconómico si los períodos de sustitución de piezas no es­ tán correctamente definidos (no se agota la vida útil de las piezas). • La intervención preventiva sobre la máquina por un operario puede intro­ ducir nuevos fallos en la misma. Algunos de ellos son: • La necesidad de una mayor formación del personal en las diferentes técni­ cas de inspección y en la interpretación de los valores de los parámetros obtenidos. • Se reduce la necesidad de almacenamiento de piezas. vehículos de transporte de personas. • La inspección con técnicas adecuadas permite detectar el origen de los problemas de la máquina y no sólo sus síntomas y. disminu­ yendo el número de intervenciones y evitando los fallos inesperados. la introducción de este método de mantenimiento no está exenta de inconvenientes. además. bien por provocar una parada de producción (máquinas críticas en una línea de pro­ ducción). de forma que se evite la aparición de fallos o la realización de paradas innecesarias como consecuencia de una mala interpretación de los parámetros. caras). • La falta de experiencia sobre el valor de los parámetros que indica un esta­ do peligroso de la máquina. bien por la posibilidad de fallo catastrófico de la máquina (máquinas únicas. máquinas que trabajan con materiales peligrosos. especialmente en las etapas iniciales. Las ventajas más destacadas de este tipo de mantenimiento son: • Los períodos de vida de las piezas pueden agotarse al máximo. . Sin embargo. • Cuando ha de realizarse la reparación ésta es más rápida ya que se ha de­ tectado previamente el punto en el que ha de trabajarse. sin necesidad de parar su funcionamiento. pues las que hayan de sustituirse pueden adquirirse con la suficiente antelación. con las consiguientes dudas sobre el momento en que la parada para reparación es obligada. • Mejora la seguridad de la planta al reducirse la probabilidad de producción de accidentes como consecuencia de fallos imprevistos. • La información histórica sobre la evolución de los parámetros permite un mejor conocimiento de las máquinas.ellos el nivel de vibración es el más universalmente usado en el mantenimiento predictivo de maquinaria. • La inversión necesaria en diferentes equipos de medida y registro de pará­ metros y en la elaboración de una base de datos adecuada. de su funcionamiento y de sus modos de fallo. instalaciones de energía nuclear) o tiene un coste elevado. por ser uno de los que permite detectar con mayor fiabilidad un gran número de potenciales fallos El mantenimiento predictivo está especialmente indicado en aquellas máquinas en las que un fallo produce un elevado riesgo para la seguridad (grandes máqui­ nas. Excluyendo las operaciones de ampliación y reconstrucción . La tabla 1. indicando si cada aspecto evaluado es positivo (+) o negativo (-). OPERACIONES DE MANTENIMIENTO MECÁNICO En una primera clasificación. sin producirse cambios en grandes períodos de tiempo.1 muestra un resumen de sus características. Como se ha visto.) Sí (+) NO (+) NO (-) S í( . Diferencias fundam entales entre los distintos tipos de mantenimiento 1.4. Mantenimiento ante fallo Evita que se produzca el fallo Corrige la causa real del fallo Las operaciones sue­ len costar mucho tiempo debido a la imprevisión Las operaciones pue­ den ser innecesarias y pueden ser causa de nuevos fallos Permite planificar el mantenimiento Exige disponer de un surtido almacén de repuestos Permite agotar la vida útil de las piezas Requiere el conoci­ miento de técnicas complejas Exige una importante inversión en medios para el mantenimiento Contribuye a mejorar la seguridad global de la planta NO (-) NO (-) Mantenimiento correctivo NO (-) s í (+) Mantenimiento preventivo SÍ (+) Sí (+) Mantenimiento predictivo S í(+ ) s í (+) S í( .1.) s í (+) NO (+) Sí (+) NO (+) N O (-) NO (+) Sí (+) NO (+) Sí (+) Sí (-) N O (+) NO (+) NO (+) Sí (-) NO (-) NO (-) s í (+) Sí (+) Tabla 1.• El posible aburrimiento de los operarios por la toma de datos que normal­ mente se van repitiendo.) NO (+) NO (+) N O (+) NO (+) s í (-) NO (+) NO (-) s í (. cada uno de los cuatro tipos de mantenimiento que se han descrito posee ventajas e inconvenientes que lo hacen o no indicado en cada situa­ ción.) S í( . antes de que aparezca una situación crítica. las operaciones de mantenimiento se pueden dis­ tinguir por su objetivo. Sin embargo. Por otro lado. el fallo de un rodamien­ to puede deberse a una mala alineación de los ejes. Operaciones de mantenimiento preventivo.). que no necesariamen­ te se encuentra en la pieza que ha fallado. Por ejemplo. Como las anteriores. existen opera­ ciones de corrección. posición incorrecta. Así. Las operaciones planificadas son operaciones cuyo momento de ejecución ha sido programado con antelación y suelen estar incluidas en un programa de mantenimiento. las operaciones de mantenimiento mecánico se clasifican habitualmente en: Operaciones de mantenimiento de reparación tras el fallo. cuyo objetivo es subsanar alguna deficiencia en los elementos y ensamblajes que componen la máquina (geometría o masa inadecuadas. se aprove- - - . etc. Son operaciones que se realizan como reacción ante el fallo de una máquina. Operaciones de mantenimiento correctivo tras el fallo. Las operaciones de mante­ nimiento correctivo son aquellas que buscan la causa del fallo del rodamiento y corrigen esa causa.de maquinaria (que no son de mantenimiento propiamente dicho). Son operaciones de sustitución o corrección de componentes destinadas a prevenir el fallo de la máquina. operaciones de reparación de elementos dañados y operaciones de sustitución de elementos cuando éstos están demasiado dañados para poder ser reparados. el objetivo es la búsqueda y subsanación de la causa origen del fallo. Es decir. pero sobre otros elementos distintos de los que los que son el objeto principal de la reparación. Las relubricación de distintos puntos de una máquina o la susti­ tución periódica del lubricante son claros ejemplos de operación de manteni­ miento preventivo planificado. las operaciones de mantenimiento también se pueden distinguir por el momento en que se realizan con relación al momento del fallo. Normalmente estas operaciones están destinadas a devolver a la máquina a las condiciones de ser­ vicio. estas operaciones se llevan a cabo también tras el fallo. cuando falla un rodamiento las operaciones de desmon­ taje sustitución y montaje del nuevo rodamiento son de este tipo. existen operaciones que se realizan antes del fallo cuyo objetivo suele ser prevenir dicho fallo y operaciones que se realizan tras el fallo. Existen dos tipos de operaciones de mantenimiento preventivo: las planificadas y las de oportunidad. cuyo objetivo suele ser reparar el fallo (o la causa que lo originó) y devolver a la máquina al estado de funcionamien­ to. Así. por ejemplo. Las operaciones de mantenimiento preventivo de oportunidad ocurren durante reparaciones tras un fallo o a intervalo fijo. El servicio de mantenimiento será tanto más efectivo cuanto menor sea el tiempo de puesta en servicio por encima del nivel mínimo de fiabilidad exigido. Teniendo en cuenta estas consideraciones. Estas operaciones se llevan a cabo periódicamente logrando realizar un seguimiento del estado de la máquina. correas. Cuando se prevé que el fallo es inminente. aunque se implante un sistema basado en el apartado 1. ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL La estrategia de mantenimiento de una industria identifica cómo la industria se enfrenta a la necesidad de mantenimiento inevitablemente asociada a la actividad productiva. posteriores a las averías. Esto es debido a que.3.5. etc. en máquinas que funcionan continuamente que tienen un alto coste de parada o indisponibilidad.).- - cha la coyuntura del fallo o de la reparación a intervalo fijo para realizar mante­ nimiento sobre otras piezas. an­ tes del fallo y la necesidad de realizar estas operaciones suele estar indicada por los resultados del análisis del estado de la máquina (mantenimiento predictivo). por tanto. etc. . las operaciones de mantenimiento ante fallo y correctivo. Son operaciones de corrección que se realizan para subsanar deficiencias que están a punto de provocar un fallo en la máquina. cadenas. Los motivos para este tipo de mantenimiento son fundamentalmente dos: sustitución de piezas con mala accesibilidad pero que han quedado al descubierto con motivo de la reparación principal y aprovecha­ miento de la parada para la reparación para sustituir otras piezas. equilibrado de ro­ tores. Pese a esto. Se realizan. es cierto que las estrategias que permiten minimizar el riesgo de fa­ llo son beneficiosas porque favorecen la producción. Las mejores estrategias de mantenimiento son aquellas que involucran los cua­ tro tipos de operaciones vistas en el apartado anterior. Estas operacio­ nes suelen estar destinadas a medir uno o varios parámetros de la máquina y uti­ lizar la información histórica para evaluar la situación de la máquina y su evo­ lución hacia un fallo potencial (es decir.) como las de reparación o sustitución de elementos defectuosos (ro­ damientos. 1. Dentro de estas operaciones de mantenimiento correctivo se incluyen tanto las operaciones de corrección de deficiencias (alineación de ejes. siempre serán necesarias. es necesario realizar opera­ ciones de mantenimiento correctivo antes de que éste se produzca. Operaciones de mantenimiento predictivo o de análisis del estado de la máquina. Son operaciones cuyo objetivo es estimar el estado de funcionamien­ to de la máquina y la cercanía en el tiempo de un posible fallo. Pero también suelen requerir una mayor inversión en equipos de mantenimiento y en formación del personal. Así. Operaciones de mantenimiento correctivo basado en el estado de la máqui­ na. siempre existirá un porcentaje de incertidumbre que hará imposible eliminar completamente las averías. predecir el fallo). Además. Estrategias intensivas. Estrategias integrales. Son. Se obtiene beneficio del mantenimiento. se gestiona la interpretación de la misma mediante programas informáticos y se evolucionan continuamente los períodos de mantenimiento preventivo. Dependiendo de los tipos de tareas involucrados en el programa de manteni­ miento se pueden distinguir cuatro diferentes estrategias: Estrategias básicas. el óptimo intermedio depende del tipo de industria y de la situación del mercado en el que opera. Cuentan con todos los tipos de operaciones de mante­ nimiento. Son estrategias basadas en operacio­ nes de mantenimiento correctivo y preventivo. mientras que en las máquinas críticas suele reali­ zarse un seguimiento de la condición de funcionamiento mediante técnicas de mantenimiento predictivo. de nuevo. los programas y las rutas de mantenimiento están poco elabora­ dos y la periodicidad de sustitución de componentes no ha sido optimizada ni está sujeta a una evolución continua. pertenecientes en muchos casos a empresas multinacionales. con una evolución intermedia de este último. Estas estrategias también se caracterizan por contar con medios suficientes y con personal formado para realizar las tareas y la gestión del mantenimiento de manera eficiente y ordenada. So­ bre las máquinas esenciales suelen realizarse operaciones de mantenimiento preventivo fundamentalmente. en industrias que están inmersas en un mercado en profun­ da crisis y que persiguen sobrevivir más que producir de manera eficiente. Estas estrategias poseen un programa de mantenimiento modesto. TPM tuvo sus orígenes en la industria japo­ nesa de automoción de la década de 1970. una gran parte de estas estrategias se basan en la filosofía de producción y mantenimiento industrial ideada por S. Se han estudiado las rutas de trabajo. Nakajima en 1988 y denominada por éste mantenimiento total productivo (Total Productive Maintenance o TPM). Son estrategias que involucran exclusivamente operacio­ nes de mantenimiento ante fallo y de mantenimiento correctivo. a veces. Estrategias moderadamente intensivas. Suelen estar implantadas en industrias pequeñas y poco evolu­ cionadas o. se recoge sistemáticamente la información. Las máquinas poco críticas suelen llevar asociadas operaciones de mantenimiento correctivo en mayor medida y preventivo en menor medida. Son poco efi­ cientes ya que no buscan reducir los costes de mantenimiento ni maximizar la productividad. Este sector incorporó en esa época - - - . lo que implica que la recolección de la información de mantenimiento está poco sistematizada. pero podría obtenerse un beneficio mayor reduciendo el número de averías y alargando la vida en funcionamiento de los componentes.Así. el programa de mantenimiento suele estar optimizado y sometido a una evolución continua. En la actualidad. por tanto características de industrias econó­ micamente fuertes. los conceptos de control total de la calidad ( Total Quality Control o TQC), pro­ ducción basada en la rápida disponibilidad (Just In Time o JIT) y la involucra­ r o n total de los empleados en el proceso productivo (Total Employee Involvement o TEI). A finales de la década de 1980, Nakajima recopiló estos y otros conceptos en una única filosofía destinada a maximizar la producción a través del mantenimiento (TPM). Así, TPM puede definirse como una estrategia de mantenimiento perfeccionista que, además de tratar de evitar las paradas largas de las máquinas, también persigue evitar que se produzcan paradas cortas (Na­ kajima defendía que la principal pérdida de productividad de la industria japo­ nesa de la década de 1980 no era provocada por las paradas largas en las má­ quinas, sino por la suma de las muchas paradas cortas). Una de sus característi­ cas fundamentales es que el operador de cada máquina o instalación es respon­ sable de su funcionamiento tanto como de su mantenimiento diario. La implementación de una estrategia basada en TPM puede generar ahorros considerables en costes mediante el incremento de la productividad. Sin embar­ go, su posibilidad de implementación está asociada al grado de automatización de la industria, de tal manera su implantación en empresas en las que el grado de automatización es bajo puede tener poco sentido. Por otro lado, el grado de implantación del método TPM depende también de la naturaleza social del colectivo de trabajadores de la industria. En este sentido, se ha demostrado que en industrias europeas no es posible alcanzar el grado de perfección (o pureza) de TPM que se ha alcanzado en industrias japonesas, po­ siblemente debido a la naturaleza más metódica y ordenada de la sociedad ni­ pona. Esto ha propiciado la aparición de estrategias derivadas de TPM en las que la filosofía original de Nakajima ha sido adaptada a las características de la sociedad en la que se implanta, persiguiendo tan solo acercarse a los objetivos ideales propuestos por el método TPM. Como se ha dicho anteriormente, la estrategia adecuada para cada industria de­ pende de numerosos factores entre los que se encuentran: su tamaño, su grado de automatización, su capacidad de producción, el mercado en el que opera, etc. En general, se ha demostrado que las estrategias intensivas producen mayores benefi­ cios en industrias que tratan de maximizar su producción, aunque éstos se obtienen a medio y largo plazo y, además, requieren una mayor inversión en equipos y per­ sonal. Por otro lado, las estrategias menos intensivas producen menos beneficios pero éstos se obtienen a corto plazo y requieren una inversión mucho menor para el mantenimiento. Por este motivo, las industrias suelen comenzar con estrategias básicas para posteriormente evolucionar hacia estrategias intensivas según van creciendo y consolidándose en el mercado. Sin embargo, hay excepciones, exis­ tiendo industrias medianas y pequeñas que se benefician de estrategias de mante­ nimiento relativamente intensivas gracias a la subcontratación de las tareas de man- tenimiento predictivo, lo que les permite ahorrar la inversión en los equipos nece­ sarios para realizar dicho mantenimiento. 1.6. MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS El mantenimiento industrial involucra una gran cantidad de especialidades des­ de la de gestión de la producción industrial hasta la energética, pasando por la eléc­ trica, automática, etc. Una de estas especialidades es la mecánica y el conjunto de operaciones de mantenimiento relacionadas con ella es llamado mantenimiento mecánico de má­ quinas. Dentro del mantenimiento mecánico se engloban las acciones destinadas a la reparación o conservación de máquinas y mecanismos, sus elementos y disposi­ tivos, teniendo en cuenta la función para la que fueron diseñados. El mantenimiento mecánico ha cobrado una creciente importancia desde la re­ volución industrial hasta la actualidad debido al continuo desarrollo científico. Este desarrollo ha conllevado el avance de la tecnología del equipamiento industrial, caracterizándose este último por una mayor complejidad, sofisticación y velocidad. Consecuentemente, se ha generado la necesidad de profesionales destinados a la cada vez más especializada tarea de conservación (mantenimiento) de los moder­ nos equipos industriales. De acuerdo con el grado de complejidad actual de las máquinas y de una forma generalista, el ingeniero de mantenimiento mecánico debe poseer conocimientos extensivos en tres áreas fundamentales: maquinaria, funcionamiento físico e ins­ trumentación. Los conocimientos sobre maquinaria hacen referencia al diseño y construcción de máquinas, procedimientos de reparación de las mismas y tipologí­ as de funcionamiento. Los conocimientos de funcionamiento físico incluyen cam­ pos técnicos tales como estática, dinámica, cinemática, mecánica de materiales, dinámica de fluidos, transferencia de calor, física, matemáticas, etc. Finalmente, los conocimientos de instrumentación están vinculados a los sistemas de medición electrónicos requeridos para documentar y comprender el funcionamiento de la máquina. La competencia del ingeniero de mantenimiento depende de la combinación de conocimientos y experiencia. Los conocimientos pueden obtenerse durante un lar­ go período de formación que incluye cursos impartidos por centros privados, cur­ sos en universidades, etc. Sin embargo, la experiencia solamente se puede adquirir enfrentándose a los problemas diarios de mantenimiento en una industria. Dado que no todas las máquinas de una industria son igualmente importantes para el proceso productivo, tampoco todas ellas requieren la misma atención por parte del grupo de mantenimiento. En este sentido, las máquinas de producción (y asistencia a la producción) de cualquier organización industrial pueden ser clasifí- 1.7. FALLO MECÁNICO Se entiende por fallo de una máquina cualquier cambio en la misma que impida que ésta realice la función para la que fue diseñada. Dentro de esta definición cabe un gran número de diferentes tipologías de fallo, clasificadas según la causa que lo generó: fallo mecánico, fallo eléctrico, fallo en la instrumentación de medida, fallo en los dispositivos de control, etc. Las causas de fallo de una máquina son también numerosas y muy diversas. No suelen ser las mismas cuando el fallo se produce en el inicio de la vida útil de la máquina que cuando se produce al final de su vida útil. Así, los fallos pueden clasi­ ficarse según la probabilidad asociada a la edad de la máquina. 1.7.1. T IP O S DE F A L L O SE G Ú N L A P R O B A B IL ID A D A S O C IA D A A L A E D A D DE L A M Á Q U IN A En función de la probabilidad de que aparezcan fallos y de la dependencia de esta probabilidad del momento a lo largo de la vida útil de la máquina, estos fallos pueden clasificarse en: Fallos infantiles. Suelen ser debidos a defectos en la fabricación de alguna de las piezas o a un incorrecto montaje. La probabilidad de aparición de estos fa­ llos decrece con el tiempo, por lo que son más probables al inicio de la vida útil de la máquina o durante el período de rodaje inicial. En algunos casos, el rodaje es necesario para que las piezas con movimiento relativo ajusten sus geometrías (el ajuste se produce por desgaste o deformación del material). Durante este ro­ daje. la falta de ajuste puede producir vibraciones que disminuyan la calidad del producto fabricado, pudiendo esto ser considerado un tipo de fallo funcional. Fallos producidos por el desgaste y envejecimiento. Estos fallos pueden tener varios orígenes. Algunos de ellos pueden estar vinculados a errores durante la fabricación que dan lugar a un crecimiento progresivo del defecto (grietas, tra­ tamientos térmicos incorrectos, fallos en las soldaduras, acabados superficiales defectuosos, inclusiones de gas en la fundición). Otros pueden deberse a varia­ ciones en las propiedades del material por motivos químicos (corrosión) o tér­ micos (dilataciones, contracciones, cambio de propiedades). En otros casos su origen puede ser un inadecuado diseño mecánico o un cambio en las caracterís­ ticas de las piezas (desgaste, fatiga, desequilibrio) o un incorrecto montaje (des­ alineación). Finalmente, estos fallos pueden deberse también a un inadecuado o inexistente mantenimiento (limpieza, lubricación). Los fallos de este tipo tienen una probabilidad de aparición creciente exponen­ cialmente con el tiempo, ya que suelen tener un carácter acumulativo. - - Fallos aleatorios. Los fallos aleatorios pueden tener orígenes diversos y se pro­ ducen por azar, por lo que su probabilidad de aparición se mantiene constante durante toda la vida de la máquina. La figura 1.1 representa de forma cualitativa la curva de probabilidad de apari­ ción de cada uno de estos tipos de fallo (infantil, envejecimiento y aleatorio) frente al tiempo de vida de la máquina. Se representa también la probabilidad total de fallo, obtenida como suma de las otras tres. A esta última curva se le llama habi­ tualmente, por su forma, curva de bañera. Figura 1.1. Curva de vida de una máquina 1.7.2. T IP O S DE F A L L O S M E C Á N IC O S Partiendo de la definición de fallo de una máquina, la definición de fallo mecá­ nico puede deducirse por reducción. Así, de forma estricta se entiende por fallo mecánico cualquier cambio en el tamaño, forma o propiedades del material de una estructura, máquina o parte de una máquina que impide que ésta pueda realizar la función para la que fue diseñada. Sin embargo, en la práctica, dentro del concepto de fallo mecánico suelen incluirse otros tipos de fallos causados por el fallo de sistemas vinculados al funcionamiento mecánico, tales como sistemas de lubrica­ ción, sistemas hidráulicos, etc. Teniendo esto en cuenta, todo fallo mecánico está incluido en una de las dos grandes categorías: fallo estructural y fallo funcional. - Fallo estructural. Aparece por el cambio de tamaño, forma o propiedades me­ cánicas de una o varias partes de la máquina. El deterioro puede producirse a nivel superficial o en puntos no superficiales. • Fallo superficial. Ocurre cuando la superficie de la pieza se deteriora. Pue­ de estar causado por desgaste debido a un contacto con otros sólidos en el que existe movimiento relativo, por oxidación o corrosión de materiales metálicos, por fatiga superficial, etc. El fallo superficial cambia la geometría de la pieza generalmente creando o incrementando las holguras. Esto provoca, en el mejor de los casos, un de­ cremento de la precisión de trabajo de la máquina y, en el peor de los ca­ sos, un fallo no superficial (rotura) debido a la reducción de la sección. Existen técnicas específicas para evitar cada una de las causas que produ­ cen el fallo superficial. El desgaste se puede evitar mediante tratamientos de endurecido superficial y con un sistema de lubricación adecuado. La oxidación y la corrosión se pueden evitar impidiendo que el metal vivo en­ tre en contacto con agua y ácidos o conduzca corriente eléctrica. Finalmen­ te, la fatiga superficial se puede combatir evitando que las tensiones super­ ficiales de contacto sean elevadas, para lo que se requiere que los radios de curvatura sean amplios. • Fallo no superficial. Este tipo de fallo está asociado generalmente con la rotura completa (seccionado) del material. El fallo no superficial puede ser estático o por fatiga. El fallo estático se produce por estar sometiendo al material a un nivel de tensión por encime de su límite de fluencia. En tal caso el material se de­ forma hasta romperse (el grado de deformación depende de si el material tiene un comportamiento dúctil o frágil). En el caso de máquinas, este fallo se puede evitar con un dimensionamiento adecuado de los elementos resis­ tentes y evitando la aparición de sobrecargas en el funcionamiento de la máquina. El fallo por fatiga también termina con la rotura de la pieza, pero comienza por la aparición de una grieta en puntos donde existe concentración de ten­ siones (ranuras, cambios bruscos de sección, etc.) y variación de la tensión con el tiempo (ciclos de carga). Durante la mayor parte de la vida de la pie­ za, la grieta crece disminuyendo la sección resistente hasta un punto en el que dicha sección es tan pequeña que no es capaz de resistir los esfuerzos y entonces el fallo finaliza con una rotura estática. El fallo por fatiga es favo­ recido por numerosos factores: uso de ciertos metales, concentración de tensiones, elevada rugosidad superficial, temperaturas elevadas, etc. En consecuencia, para evitar este tipo de fallo lo más importante es dimensionar adecuadamente los elementos resistentes de la máquina evitando en lo posible la concentración de tensiones. También es interesante proporcionar un buen acabado superficial a las piezas y evitar que éstas estén sometidas a temperaturas excesivas durante el funcionamiento. • Fallo por deformación excesiva. En ocasiones la deformación de una pieza (aunque no llegue a romperse) provoca que la máquina no pueda realizar su función. En ciertos casos la máquina puede seguir funcionando, pero esta deformación disminuye la calidad de su funcionamiento y acorta la vida útil de algunos componentes. En tales casos, esta deformación constituye una forma de fallo que debe ser prevista y evitada durante el diseño de la máquina. Para ello basta con asegura la rigidez de los elementos estructura­ les. Fallo funcional. Aparece por el disfuncionamiento de alguno de los sistemas que evitan el fallo estructural o por algún tipo de sobrecarga. Así, los fallos fun­ cionales (asociados al fallo mecánico) más comunes son: • Fallo en el sistema de lubricación. Aparece cuando la lubricación es inade­ cuada en algún punto de la máquina. Su efecto más común es la aparición de contacto metal-metal y el consiguiente rozamiento, desgaste y deterioro superficial. • Fallo en los sistemas hidráulico o neumático. En ciertos casos, un fallo en estos sistemas puede provocar un fallo estructural. • Fallo por sobrecarga térmica. Ocurre cuando alguno de los elementos (fijos o móviles) estructurales se ve sometido a una temperatura elevada durante el funcionamiento. Este incremento de temperatura provoca un decremento notable en las propiedades mecánicas del material, lo que puede derivar en un fallo estructural. • Fallo por sobrecarga. Se dice que una máquina está funcionando en una si­ tuación de sobrecarga cuando la carga resistente que ésta ha de vencer es superior a aquella para la que fue diseñada. El incremento de carga resis­ tente tiene como consecuencia un incremento de las fuerzas internas de los elementos estructurales de la máquina, pudiendo llegar a superar las fuer­ zas máximas para las que dichos elementos fueron dimensionados. En tales casos puede aparecer un fallo mecánico en las diferentes topologías que se han expuesto. En los temas siguientes se estudian los modos de fallo de los principales siste­ mas y elementos mecánicos. El conocimiento de estos modos es fundamental para poder aportar soluciones que eviten su aparición tanto en la fase de diseño de la máquina como en la fase de utilización. Además, su conocimiento también permite determinar las causas que provocó el fallo y las técnicas de reparación más adecua­ das a cada caso. 1. al ser menores las fuerzas de oposición. La presencia de un sistema adecuado de lubricación puede eliminar esta posibilidad. Dado que la fuerza de fricción se opone al movimiento. reducir costes de mantenimiento y reducir costes de energía de ac­ cionamiento. Un programa de lubricación bien planeado y correctamente ¡mplementado está diseñado para colocar la cantidad adecuada del material adecuado en el sitio ade­ cuado y en el instante adecuado. Por otro lado. las fuerzas internas que han de soportar las diferentes partes de la máquina también son menores. se produce desgaste debido a la rugosi­ dad superficial (que presenta picos y valles microscópicos en forma de dientes - . Además. ocasionan ralladuras y aceleran el desgaste. Cuando dos superficies están presionadas una contra la otra y poseen un movimiento relativo. sirviendo de barrera que se opone a la entrada de estos elementos y. la lubricación re­ duce dicha oposición y con ello la energía necesaria para el accionamiento. en caso de llegar a entrar. excesos en costes de reparación y tiempos de parada son debidos a una lubricación inadecuada. limaduras de metal y otros materiales abrasivos que. el entorno industrial habitual contiene silicatos. INTRODUCCIÓN La lubricación constituye una función importante dentro del mantenimiento que soporta el proceso productivo.LUBRICACIÓN 2. incrementán­ dose la resistencia de los componentes frente al fenómeno de la fatiga. Prácticamente todos los componentes mecánicos de máquinas que están en movimiento ruedan o deslizan sobre otras superficies. muchas deficiencias de funcionamiento. La utilización de lubricantes en maquinaria industrial puede tener diferentes y variados objetivos. La inclusión de un fluido lubricante reduce el coeficiente de fricción de dos superficies materiales en con­ tacto. sirviendo de vehículo de eliminación. Reducir el desgaste. con el objetivo de incrementar la vida útil de los componentes. En el funciona­ miento de equipos. Las funciones más importantes que se atribuyen a los lubrican­ tes son las siguientes: Reducir la fricción y la energía de accionamiento. óxidos. si acceden al espacio entre dos superfi­ cies que contactan con movimiento relativo. Si estas superficies no están adecuadamente lubricadas pueden desgastarse con rapi­ dez y consumir una gran cantidad de energía para el movimiento. se puede utilizar para prevenir los fallos cuyo síntoma es el incremento de temperatura. Esta película se interpone entre ambas superfi­ cies. Durante el funcionamiento. con el aire y con posibles áci­ dos. La existencia de una película de lubricante en la superficie de los metales es de especial importancia para evitar que estos fenómenos se produzcan. la capacidad de disipación de un sistema de lubricación es limitada y. los valles se llenan de lubricante (figura 2. evitando el contacto entre materiales y eliminando con ello la posibilidad de desgaste. se requiere de otro sis­ tema de refrigeración independiente.) son cubiertos con lubricante para evitar su oxidación. Cuando el sistema está lubricado ade­ cuadamente. entre otras. Otra función de los lubricantes es absorber calor y transferirlo fuera de las superficies en contacto. esta película evita el contacto del metal con el agua. la temperatura del lubricante puede servir como indicador de la temperatura de funcionamiento de la máquina y. En cualquier caso. químicas y de alimentación. En ocasiones. muchos elementos mecánicos (rodamientos. así. sien­ do arrancados durante el movimiento). La oxidación es un problema especialmente importante en industrias marítimas. Sin embargo.1). de tratamiento q. es el propio lubricante el que se pasa a través de un intercambiador para su enfriamiento con el fin de in­ crementar la capacidad de disipación de calor del sistema. engranajes. Disipar calor. que son agentes corrosivos para los metales puros. corrosión y herrumbre. productos explosivos. . con frecuencia. Prevenir contra la oxidación.de sierra de manera que los de una superficie se incrustan en los de la otra. existiendo una pelí­ cula que separa ambas partes. Incluso durante el alma­ cenamiento. etc. por ejemplo. . En otros casos. además. En la actualidad este fluido es. Esta presión disminuye progresivamente a medida que el lubricante es expulsado de la zona de contacto. 2.2. un lubricante debido a que otros fluidos comunes (como el agua) son corrosivos u oxidantes para los meta­ les del sistema. lo que lo hace especialmente indicado. Los sistemas hidráulicos de aplicación de fuerzas se sir­ ven de un fluido a presión para transmitir potencia entre diferentes puntos. De manera asociada a la amortiguación de impactos. Así. Como se observa. Su mal funcionamiento o su falta de utilización se traduce en gran cantidad de pro­ blemas que suelen derivar en un considerable gasto económico. se evita el castañeteo de los dientes de engranajes cuando entran en contacto. los dien­ tes de un engranaje) es gradualmente comprimido a medida que las superficies se acercan hasta el contacto. la lubricación impide la entrada de partículas sólidas al contacto entre las superficies. Amortiguar ruidos. la utilización de un sistema de lubricación adecuado durante el funcionamiento de máquinas y sistemas mecánicos resulta imprescindible.- - - - Estas industrias necesitan equipos mecánicos aptos para trabajar en ambientes muy oxidantes y emplean lubricantes especiales que incorporan aditivos que mejoran la protección. ESTADOS DE LUBRICACIÓN Se conoce como estado de lubricación a cada una de las posibles situaciones de dos superficies en movimiento relativo cuando existe un lubricante entre ellas. en casi todos los casos. El lubricante no solamente no es corrosivo sino que. Este fenómeno incremen­ ta la progresividad del contacto y produce el amortiguamiento del impacto. El lubricante atrapado entre dos superficies curvas que se comprimen una contra la otra por sus partes convexas (por ejemplo. Transmitir potencia. los lubricantes en máquinas previenen contra la contaminación del ambiente de tra­ bajo por ruidos debido al funcionamiento más suave de todos los elementos lu­ bricados. Prevenir contra ia contaminación y el depósito de partículas sólidas. Amortiguar impactos. En muchos casos. cuenta con las importantes funciones básicas descritas anteriormente. De esta forma se consigue prevenir las superficies contra posibles ralladuras que ocasionarían las partículas de material. la lubricación recirculada sirve de caudal al que se vierten todas las pequeñas partículas generadas durante el funcionamien­ to normal de la máquina. Este caudal de lubricante puede ser filtrado consi­ guiendo el aislamiento y la extracción de dichas partículas. algunas combinaciones de metales poseen coeficientes de fricción muy bajos y son capaces de soportar cargas considerables sin llegar a soldarse. Lubricación límite y escasa.). estos están clasificados en seis categorías que se exponen a continuación: Lubricación de película gruesa o de película completa. etc. disminución de la velocidad relativa entre las superficies (posiblemente durante el arranque y la parada de la máquina). dependiendo de la evolución de las condiciones de funcionamiento. en la lubricación escasa existe lubricante entre las superficies pero éste no llega a ser suficiente para separar completamente las superficies. producen sucesivos arranques microscópicos de material. provocando un deterioro muy acelerado de las su­ perficies. Por ello. etc. al continuar el movimiento relativo de las piezas. Por otro lado. disminución de la cantidad de lubricante que accede a la interfase. las superficies terminan por sufrir el desgaste e incrementar sen­ siblemente su temperatura. En la lubricación límite. el efecto dinámico de sustentación de la carga es nulo y la carga es soportada íntegramente por el contacto metal-metal. Siempre ocurre primero un estado intermedio a los dos. El problema fundamental de la lubricación límite es que. Sin embargo. Son estados en los que coexisten dos fenómenos: contacto superficial entre los sólidos y existencia de película de lubricante en los valles de la rugosidad superficial. Cuando se logra este tipo de lubricación. el cambio de lubricación de película gruesa a lubricación límite no es repentino ni instantáneo. no realiza adecuadamente las funciones básicas de la lubrica­ ción. incremento de la temperatura (disminución de la viscosi­ dad). el sistema tenderá hacia uno u otro estado. - . por lo que única­ mente es necesario que el material resista las tensiones provocadas por el mo­ vimiento relativo y las fuerzas de compresión. Este aumento puede provocar microsoldaduras que. Es el estado ideal en el que la película de lubricante permanece gruesa en todo momento. Los motivos que pueden llevar a la película de lubricante de una situación de película gruesa a una situación escasa pueden ser muy variados: superficie de contacto insuficiente. Esto perturba las condicio­ nes para obtener un flujo laminar de manera que sólo una parte de la carga es soportada por las acciones hidrodinámicas.Aunque se puede encontrar una variación continua de estados de lubricación. la importancia del acabado superficial del material disminuye. existiendo contacto entre los picos mayores de la rugosidad superficial. siendo la otra parte soportada por el contacto metal-metal. En una máquina en funcionamiento. disulfúro de molibdeno. Otras soluciones van en la línea de utilización de lubricantes sólidos (grafito. previnien­ do el contacto entre las superficies. debido al contacto en­ tre las superficies. A partir de ahí. pese a la existen­ cia de lubricante. incremento de la carga entre los sólidos en contacto. las presiones que el movimiento relativo produce en la película de lubricante de la interfase son suficientes para mantener las superfi­ cies separadas. 2. Intuitivamente se puede pensar que el lubricante es forzado a salir fuera del contacto. se requerirá que el lubricante posea de- . Lubricación parcialmente hidrodinámica.- - - - Por otro lado. Si el movimiento cesa. Dependiendo de su aplicación. apareciendo el contacto directo entre metales. Es un estado de lubricación hidro­ dinámica en el que las condiciones de funcionamiento no son ideales y la pelí­ cula de lubricante presenta un espesor intermedio entre lubricación de película gruesa y lubricación escasa. la viscosidad del lubricante crece enormemente (decre­ ciendo cuando cesa la presión) y esto impide la expulsión completa del mismo. ante una gran presión. Corresponde a un estado similar al estado de película gruesa. Lubricación elastohidrodinámica. En este estado. Lubricación hidrostática. Lubricación hidrodinámica. Ocurre cuando el lubricante es inyectado a presión en la zona de contacto. Así. el funcionamiento de un sistema en lubricación límite puede verse afectado positivamente por la inclusión de ciertos aditivos en el lubricante. Es el estado que ocurre cuando un lubri­ cante es introducido entre superficies que están en contacto con un movimiento relativo de rotación (tales como las bolas de un rodamiento y la pista sobre la que ruedan). Con frecuencia se diseña una lubricación hidrostática en sistemas que gene­ ran una gran cantidad de calor (por ejemplo. en cojinetes de fricción de alta ve­ locidad) ya que el caudal saliente de lubricante es mucho mayor (ya que la cir­ culación es forzada) y el sistema sirve para evacuar el calor que se genera debi­ do a la fricción viscosa. soportando la carga de los elementos a los que corresponden di­ chas superficies.3. En él. soportando las cargas e impidiendo el contacto entre las superficies independientemente de que haya movimiento relativo entre ellas o no. la película de lubricante se interrumpe dando lugar al contacto directo entre las superficies. PROPIEDADES Y COMPOSICIÓN DE LOS LUBRICANTES La selección del lubricante se realiza en función de la aplicación a la que va destinado. la forma y el movimiento relativo de las super­ ficies es lo único que provoca la formación de una película de lubricante conti­ nua con la suficiente presión para soportar las cargas. Es­ tos aditivos previenen contra una fricción excesiva proporcionando un lubrican­ te de mayor resistencia. el contacto entre las partes no llega a suceder ya que aún permanece una delgadísima película que lo impide. Sin embargo. similar a la temperatura del lubricante de un motor funcionando en régimen térmico permanente). por ejemplo.1. pero presenta una viscosidad dentro del rango SAE 40 a 98. Se define como el resultado de dividir la viscosidad dinámica de un aceite por su densidad. 2. Dado que du­ rante el arranque el lubricante debe ser poco viscoso (para una buena lubrica­ ción en frío). pero algunas pueden ser mejoradas por medio de aditivos lo­ grando lubricantes especializados que sirven para aplicaciones específicas. los llamados aceites de automoción multigrado. Así. el rango de temperaturas de funcionamiento viene calificado por dos números SAE (por ejemplo. por ejemplo.3. la lentitud con la que fluye el lubricante desde la interfase entre las superficies hacia afuera por las ranuras existentes. En igualdad del resto de con­ diciones. La unidad principal de medida de la viscosidad cinemática es el centiStoke (cSt = m nr/s). P R O P IE D A D E S D E L O S L U B R IC A N T E S Las principales propiedades de los lubricantes son las siguientes: Viscosidad absoluta o dinámica. como du­ rante el funcionamiento en régimen permanente es recomendable que la visco­ - . cuanto mayor sea la viscosidad. tienen una composición especial para trabajar a diferentes rangos de temperatura. En estos aceites. Un número SAE no identifica de forma precisa la viscosidad de un lubri­ cante sino que lo identifica como perteneciente a un determinado rango de vis­ cosidades. más lento será este flujo. Su unidad principal es el centiPoise (cP = 10'J P as). Viscosidad cinemática.terminadas propiedades en cierto grado. tal como se muestra en la tabla 2. La viscosidad SAE es una escala definida por la Society o f Automotive Engineers (SAE) para aceites de automoción.9°C. SAE 10W40). Sin embargo. Por otro lado. un aceite multigrado SAE 10W40 presenta una viscosidad dentro del rango SAE 10W cuando está a una temperatura de -18°C.1. Así. mientras el segundo indica la viscosidad a 98. Es un indicador de la resistencia del lubrican­ te a fluir. Se define como el cociente entre la tensión cortante aplicada y la velo­ cidad relativa conseguida por unidad de espesor de película de lubricante. que asigna un mismo número SAE a distintos rangos de viscosidades cinemáticas.9°C (es decir. conviene que el primer número sea bajo. Diferentes escalas de clasificación de lubricantes han sido creadas a partir de esta propiedad. El primer número indica el ran­ go de viscosidad del aceite a -18°C (posible situación de arranque de un motor en invierno). expresadas ambas a una determinada temperatura. Estas propiedades dependen de la materia base del lubricante. Las dos más comunes son la escala SAE y la escala VG. esta propiedad muestra. Es la temperatura a partir de la cual una chispa provoca una llamarada sobre la superficie del lubricante.6 9.3 < 16.5 < 2 4 .3 < 12.0 Viscosidad máxima (cSt) a 100°C _ - ISO VG equi­ valente (aproximado) 15-22 22 22-32 32-46 46-68 100 46-68 100 150 150 220 320 22-32 22-46 46-100 100-150 45-100 100 150-320 320-680 1000 SAE OW Lubricante de motores S A E 5W Lubricante de motores SAE 10W Lubricante de motores SAE 15W Lubricante de motores SAE 20W Lubricante de motores SAE 25W Lubricante de motores SAE 20 Lubricante de motores SAE 30 Lubricante de motores SAE 40 Lubricante de motores SAE 40 Lubricante de motores SAE 50 Lubricante de motores SAE 60 Lubricante de motores SAE 70W Lubricante de transmisiones SAE 75W Lubricante de transmisiones SAE 80W Lubricante de transmisiones SAE 85W Lubricante de transmisiones SAE 80 Lubricante de transmisiones SAE 85 Lubricante de transmisiones SAE 90 Lubricante de transmisiones SAE 140 Lubricante de transmisiones SAE 250 Lubricante de transmisiones SAE son siglas de Society o f Automotive Engineers < 9 .2 se muestra el rango de viscosidades cinemáticas que caracteriza cada grado ISO.1 5. conviene que el segundo número sea alto.0 41. existe otro punto llamado punto de combustión definido como la temperatura en la que la llama provocada por la chispa se mantiene viva al menos 5 segundos.0 < 13. permitiendo realizar un pronóstico sobre su consumo du­ rante el régimen de funcionamiento de la máquina. aunque menos importante.3 21.5 12.8 3. Clasificación de lubricantes de automoción p o r viscosidades - La viscosidad ISO o ISO VG ( Viscosity Grade ) es otra escala de viscosidades (similar a la escala SAE) pero aplicada fundamentalmente a aceites industriales.6 5. Punto de inflamación. .9 <26. Lubricante Tipo Viscosidad mínima (cSt) a 100°C 3.5 < 16.6 9. Este punto de inflamación proporciona información importante sobre la volatilidad del aceite. extinguiéndose momentos des­ pués.1.0 < 11.0 11.0 13.8 4.5 24. En la tabla 2.1 4.3 5.3 < 2 1 .sidad del lubricante no descienda excesivamente (para que la película de lubri­ cante entre las partes no se rompa).0 7. Similar al punto de inflamación.1 - 11.1 7.5 16.9 4.0 - Tabla 2.3 12.0 < 4 1 . Algunas marcas utilizan el color para hacer notar el grado de alguna pro­ piedad.8 ISO VG 22 35.Viscosidad máxima Viscosidad mínima (cSt) a 40°C (cSt) a 40°C 2.6 41.).0 9. Corresponde al número de miligramos de hidróxido de potasio que es necesario .14 5. Puede variar dentro de una amplia gama (blanco.06 ISO VG 5 7.0 ISO VG 10 16. La cera tiende a separarse en cristales. en general. Estas propiedades están relacionadas con la aptitud del lubri­ cante cuando es utilizado para lubricar sistemas en presencia de agua (turbinas de vapor y determinadas operaciones hidráulicas). La emulsificación indica la tendencia de un aceite a mezclarse íntimamente con agua hasta lograr una emulsión más o me­ nos estable.2 ISO VG 68 110. La demulsibilidad indica la facilidad que el aceite presenta para se­ pararse del agua.8 28. Clasificación de lubricantes industriales p o r viscosidades Punto de fluencia.88 ISO VG 3 4. el color no indica calidad ni ninguna otra cualidad.0 414. El problema estriba en que la emulsión aceite-agua puede conducir a la oxidación del aceite en presencia de aire y altas temperaturas. Número de neutralización.0 ISO VG 150 242. es recomendable un aceite ca­ paz de romper dicha emulsión. Pero.12 ISO VG 7 11.2.8 ISO VG 32 50.0 ISO VG 100 165.0 612.98 3.42 ISO VG 2 1.0 288.48 6.0 ISO VG 680 1100. marrón.5 ISO VG 15 24.5 13. Esta es una propiedad relacionada con la acidez.0 ISO VG 460 748.0 ISO VG 220 352. Bajo estas condiciones.0 135. Es la temperatura por debajo de la cual un lubricante deja de fluir bajo unas condiciones definidas.0 198.0 1350. Color.0 900. Es indicativo de la cantidad de cera a baja temperatura.2 19. negro. para lo cual se utilizan aditivos especiales. los cuales pueden inhibir la fluidez del aceite e impedir la lubricación adecuada en aplicaciones a bajas tem­ peraturas. rojo.0 ISO VG 1000 1650.0 90.0 ISO VG 320 506. etc.4 ISO VG 46 74.0 ISO VG 1500 ISO son siglas de International Organization for Standarization VG son siglas de Viscosity Grade Lubricante Tabla 2.52 2. Emulsificación y demulsibilidad.8 61. ricos en azufre. normalmente menor que 0.3. Su valor en aceites bien refinados es muy ba­ jo. Los aceites de motor modernos son alcalinos y el grado de alcalinidad se mide en TBN ( Total Base Number). Con excepción de los aceites de corte con azufre activo. Está relacionado con el tipo de aditivo utilizado en el lubricante. Este valor resulta especialmente importante en algunas bombas que contienen piezas de cobre en contacto con el lubricante.- - - - para neutralizar 1 gramo de aceite.2. resultando en un flujo pobre de aceite hacia las partes lubricadas. Grado de protección contra la herrumbre (u óxido). Contenido en azufre. Corrosión de tira de cobre (Copper Strip Corrosion ). el petróleo que ha servido como fuente (cuando el lubricante procede del petróleo) y las condiciones de refinamiento bajo las que los aceites base fue­ ron fabricados. Es un indicador que expresa lo corrosivo que es el aceite lubricante para el cobre. por su flui- . en presencia de agua. Este grado posee una especial relevancia ya que la alcalinidad es la que se encarga de neutralizar los ácidos que se formarán en el seno del aceite como consecuencia del proceso de combustión de gasóleos. Indica la capacidad del lubricante para evitar la herrumbre de las partes que recubre. Durante el funcionamiento. el TBN de un lubricante alcalino disminuye conforme progresa su utilización. Es el resultado de aire que llega a ser absorbido y retenido por el acei­ te. En el caso de temperatu­ ras extremadamente altas. Con frecuencia los aceites de turbinas y de aplicaciones hidráulicas contienen inhibidores de espuma para evitar estos problemas. el número de neu­ tralización puede variar. la ma­ yoría de los aceites industriales contienen tipos de sulfuras no activos que no son corrosivos. La espuma en un lubricante es muy poco deseable ya que está compuesta por burbujas que reducen la presión de aceite.01. los lubricantes más utilizados son hidrocarburos líquidos debido a que son económicos. Debido a esa neutralización. Finalmente. En la actualidad. no lubrican y son compresibles. fáciles de apli­ car y presentan buenas propiedades a bajas temperaturas. T IP O S DE L U B R IC A N T E S Existen lubricantes disponibles en forma de líquidos (aceites) y sólidos (aceites espesados o grasas y sólidos de película seca). 2. las grasas son generalmente utilizadas en aplicaciones en las que el aceite. Espuma. Existen ensayos normalizados para cuantificar la calidad de los lubrican­ tes en este tipo de protección. Un incremento sustancial de su valor puede ser indica­ ción de oxidación del aceite. se utilizan líquidos sintéticos especiales. pero algunos aditivos pueden hacer crecer significativamente este número. Fundamentalmente son utilizados cuando las temperaturas de operación superan los 900°C. azufre. mientras que los puramente sintéti­ cos son más especializados (mayor poder contra la oxidación y mayor estabili­ dad frente a cambios de temperatura) pero también más caros ya que su produc­ ción (síntesis química) es más costosa. los aceites minerales de alta calidad son los lubricantes más ade­ cuados para rodamientos. No contienen materiales sólidos o fibrosos. no permanece donde se necesita o en aquellas aplicaciones en las que se re­ quieren aditivos sólidos no solubles. al contrario que las grasas. • Poliglicoles. En los lubricantes minerales y sintéticos (tabla 2. los más convencionales son los basados en aceites minerales (petróleo). Aceites. Presentan excelentes propiedades en el rango de temperaturas entre -60°C y 120°C. Comercialmente también existen mez­ clas de mineral-sintético llamados aceites semi-sintéticos. terminan siendo gomosos y cuando son someti­ dos a altas temperaturas tienden a descomponerse en ácidos corrosivos. ofreciendo excelente resistencia a la corrosión. pueden contener y alimentar bacterias que pueden poner constituir un riesgo pa­ ra la salud de las personas. etc. además. Se utilizan especialmente en aplicaciones en las que la temperatura es media o elevada. Poseen una baja viscosidad y son generalmente utilizados en co­ jinetes. se vuelven rancios y forman ácidos libres de grasa. El aceite mineral puro (derivado del petróleo) no suele contener compuestos reactivos (nitrógeno. En ocasiones se añaden a los aceites minerales para aumentar su capacidad de impregnación. También cuando los períodos de relubricación exigidos son cortos. Son aceites especiales que presentan buena estabilidad frente a oxidación y excelentes propiedades frente a altas presiones. En la mayoría de los casos. Dentro del grupo mi­ neral-sintético existen varias categorías: • Aceites minerales. • Aceites fluorados. oxígeno. Su uso es muy limitado debido a sus importantes desventajas: se oxidan. Dentro de los aceites lubricantes existen dos grandes grupos de los que el pri­ mero tiene un uso absolutamente mayoritario: lubricantes mineral-sintéticos y lubricantes con base animal o vegetal. Los lubricantes con base animal o vegetal se diferencian de los aceites minera­ les en que reaccionan con materiales alcalinos formando jabones (que es el componente más utilizado para espesar grasas). Su estabilidad frente a oxidación es excelente .) ni ácidos que puedan afectar a la vida de servicio de la máquina.dez.3). Su viscosi­ dad es más estable frente a la temperatura que en los aceites minerales. Su rango de consistencia varía desde líquidos delgados hasta sustancias semi-grasas. • Diésteres. más resistentes al calor y más estables frente a oxidación a altas temperaturas. Po­ seen propiedades limitadas de lubricación y resistencia a la corrosión. son menos volátiles. generalmente aceites minerales). Son muy caros y generalmente se utilizan sólo en aplicaciones especiales. Las PAO son relativamente recientes y. poseen varias ventajas frente a los lubricantes convencionales: soportan grandes cargas y temperaturas. muy útiles para altas temperaturas y para aplicaciones con gran variación de temperatura.Capacidad dad de lubrica­ ción Aceptable Aceptable Aceptable Baja Aceptable Baja Aceptable Buena Buena Aceptable Buena Buena Baja Excelente Esteres Acidos dibase De fosfato Polímeros fluorocar-bonados Poliglicoles Eteres polyfenilos Siliconas Otros hidrocar­ buros sintéticos Buena Buena Buena Buena Excelente Excelente Buena Baja Excelente Excelente Baja Baja Baja Baja Tabla 2. Por otro lado. Los dos tipos básicos son: polialfaolefínas (PAO) e hidrocarburos aromáticos alquilados. Los hidrocarburos sintéticos son comunes en aplicaciones especiales. un espe­ sante (generalmente detergentes metálicos) y otros ingredientes tales como adi­ tivos y colorantes. Las grasas presentan varias ventajas so­ bre los aceites lubricantes: los sistemas de aplicación son más simples y menos .y su vida de servicio llega a ser hasta 10 veces la de los aceites minerales. las grasas lubricantes pueden contener materiales fibrosos y sólidos. Son lubricantes no orgánicos.3. Fluido Indice de viscosidad (cSt) 140-175 -18-150 -1 3 0 100-200 140 175 120-150 Estabilidad frente a oxidación Buena Muy buena Excelente Buena Excelente Buena Buena Estabilidad térmica Resistencia al fuego Volatibili. • Aceites de silicona. Al contrario que los aceites. aunque puede llegar a formar una emulsión si la mezcla se agita violentamente. Son compuestos sólidos o semisólidos basados en aceites lubricantes (hasta un 90%. son compatibles con plásticos y gomas. aunque su coste es mayor. Comparativa de lubricantes sintéticos no convencionales - Grasas semisólidas y sólidas. los hidrocarburos aromáticos alquilados son similares a las PAO pero con diferente composición química. Su principal ventaja es que su índice de viscosidad es más bajo y más dependiente de la temperatura. • Hidrocarburos sintéticos. su viscosidad es relativamente inde­ pendiente de la temperatura dentro del rango 70°C-200°C. Su densidad es mayor que 1 (por lo que el agua flota sobre ellos). En general. otros polímeros. politetrafluoroetileno (PTFE).05). La principal dificultad de su uso estriba en mantener una capa de lubri­ cante adecuada entre las superficies deslizantes ya que el lubricante sólido se desgasta. Se pueden encontrar grasas con texturas de muy diversos tipos (suaves. mantecosas. aplicados con aerosoles. El grafito y el disulfuro de molibdeno se oxidan rápidamente en el aire ante temperaturas su­ periores a 400°C.4). existen muchas formas de aplicación en las superficies: cepilla­ dos. transportados por líquidos o gases.4. esponjosas y gomosas) pero esto no necesariamente es un indicador de su calidad. óxidos de metal y sa­ les. por otros motivos.caros. El rango de consistencia abarca desde líquidos finos hasta bloques sólidos y el rango de colores varía desde transparentes hasta negros. clasificadas según el número del Instituto Nacional (Americano) de Grasas Lubricantes (NLGI) (tabla 2. Se utilizan en aplicaciones de muy altas temperaturas o cuando. Los lubricantes sólidos más útiles son aquellos con una estructura molecular laminada en la que las placas de moléculas deslizan fácilmente unas sobre otras. por lo que su uso no es recomendado en estas condiciones. Asimismo. Dentro de éstos. viscosas. disulfuro de molibdeno. Consistencias de grasas lubricantes Lubricantes sólidos. El desgaste puede ser crítico en aplicaciones de precisión debido a que conlleva un incremento de las holguras. etc. presentan mejores características de adhesión y de retención de película y constituyen una mejor protección contra la humedad y los contaminantes am­ bientales. talco. los más comunes son: grafito. fibro­ sas. Existen grasas de muy diversas consistencias. sino que está relacionada con su composición y método de fabricación. no es posible la utilización de lubricantes líquidos o grasas. metales. Número de consistencia (NLGI) 000 00 0 1 2 3 4 5 6 Apariencia Semifluida Semifluida Semifluida Suave Media Media-dura Dura Muv dura Blocjue sólido Tabla 2. pero la fricción crece hasta valores más propios de otros plásticos cuando la velocidad de deslizamiento sobrepasa cierto . No todos los lubricantes sólidos tienen la misma aplicabilidad. El PTFE presenta uno de los menores coeficientes de fricción observados en lubri­ cación al límite (del orden de 0. Es de especial importancia en motores de combustión. Estos inhibidores colocan una barrera entre la superficie metálica y los ácidos que se generan en el funcionamiento habitual. Evitan o retardan la oxidación del lubricante causada por la exposición al oxígeno atmosférico en condiciones desfavorables tales como alta presión y alta temperatura. Existe una variedad muy extensa de aditivos que mejoran una o varias propiedades del lubricante. Los aditivos (habitualmen­ te azufre y cloro) reaccionan químicamente con la superficie del metal a la tem­ peratura de trabajo generando películas de sulfuro y cloruro que poseen resis­ tencia a la penetración. 2. Detergentes. Suelen ser aceites ligeros espesantes con sustancias poliméricas. Mediante su uso se incrementa la presión que el lubricante puede soportar antes de que se produzca la rotura de la película de lubricante. Sus funciones son similares a las de los dispersantes. que generan partículas y sustancias que pueden adherirse a las superficies. Minimizan la formación de deshechos de refi­ no. Su inclusión en lubricantes proporciona a éstos la capacidad de mantener limpias las piezas que bañan.3. lle­ gando a producirse una lubricación límite o escasa. Dispersantes. - - - - - - . Aditivos de presión extrema. que conlleva el contacto entre las piezas. Aditivos anti-desgaste y reductores de fricción. Algunos de ellos son los siguientes: Aditivos para mejorar la viscosidad. Aditivos inhibidores de corrosión. Combaten la disminución de la viscosi­ dad con el aumento de temperatura. A D IT IV O S Un aditivo es un compuesto químico que es añadido al lubricante en pequeñas cantidades con el fin de mejorar alguna de sus características o añadir otras nuevas. Se utilizan especialmen­ te en motores de combustión interna. Con el uso de aditivos es posible producir lubricantes especializados para aplica­ ciones concretas. el desgaste abrasivo. Se utilizan en condiciones extremas en las que la temperatura y la presión son elevadas.3. Aditivos antioxidantes. persistiendo aún cuando la velocidad disminuye a valores más bajos (lo cual constituye un punto de funcionamiento crítico). pero además neutralizan los productos de la combustión ácida. el incremento de viscosidad y la formación de depósi­ tos de deshechos de la oxidación. Son aditivos que se utilizan para suspender los productos de la oxidación y otros contaminantes. En estas condicio­ nes un lubricante normal no realiza su función debido a su baja viscosidad.límite. controlando la oxidación y la corrosión en la máquina. por lo que se añaden en cantidades pequeñas. los derivados del petróleo son los más utilizados. Existen tres clases principales: derivados del petróleo. Por el contrario. 2. estos lubricantes poseen las propiedades ideales para la aplicación para la que fueron diseñados. Aditivos emulsores y desmulsionantes. la utilización de un lubricante de alta viscosidad puede re­ sultar en una operación lenta. Mejoran el comportamiento de los lubricantes a bajas temperaturas. asegurando una correcta lubricación en esas condiciones térmicas. ya que permiten eliminar el agua del aceite en el depósito de recirculación.5). Así. Son utilizados para transmitir potencia a través de un sistema hidráulico.- - - Aditivos anti-espuma y liberadores de aire. viscosidad adecuada según la bomba e inhibición de la tendencia a producir espuma. De éstos. .4. A continuación se describen algunas de estas aplicaciones y los lubricantes empleados en ellas. Por otro lado. Son muchas las aplicaciones en las que se mezcla agua (u otros fluidos) y aceite lubricante. un desgaste excesivo y fugas internas o exter­ nas. acuo­ sos y sintéticos. Lubricantes hidráulicos. En general. requiriendo para ello el uso de aditivos emul­ sores. corrosión y oxidación inhibi­ das. en la elección del lubricante se deben seguir las recomendaciones del fabricante de la misma (tabla 2. Generalmente poseen una solubi­ lidad limitada en el aceite. APLICACIONES La especialización creciente de los equipos ha llevado a la producción de lubri­ cantes específicos para aplicaciones determinadas. las propiedades recomendables para un fluido hidráulico son: alto grado de refinamiento. La bomba es el componente más crítico del sistema hidráulico y. Son útiles en situaciones en las que los aceites se mezclan con agua durante el funcionamiento de la máquina. Aditivos para disminuir el punto de fluencia. Los aditivos emulsores son compues­ tos químicos que hacen posible que dos fluidos inmiscibles se mezclen forman­ do una emulsión. excesivo consumo de potencia y posible cavitación. La utilización de un lubricante con muy baja viscosidad puede cau­ sar el resbalamiento de la bomba. los aditivos desmulsionantes son compuestos que facilitan la separación en dos fases de una emulsión fina. aditivos contra el desgaste. Estos aditivos previenen la for­ mación de espuma y facilitan la liberación de burbujas de aire mediante la alte­ ración de la tensión superficial del lubricante. mayor fricción. funcionamiento. buena protec­ ción contra la corrosión e inhibición de espuma. Sus normas establecen el lubricante a emplear (y sus propieda­ des) en función del tipo. La Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes (AGMA) es la referencia más importante en cuanto a normativa re­ lativa a la clase de lubricante y el grado de viscosidad que se debe utilizar en cada aplicación. Viscosidades generales recomendadas p ara bombas hidráulicas - Lubricantes para turbinas. cada una de las cuales posee especiales cualidades para determinadas aplicaciones. Se utilizan en sistemas de circulación para lubricar y enfriar los cojinetes (apoyos) de turbinas y generadores. La selección del lubricante adecuado para una determinada transmisión por en­ granajes es fundamental ya que condiciona su durabilidad. Los lubricantes utilizados específicamen­ te en engranajes se pueden clasificar en cinco grandes categorías. así como cojinetes de empuje. Rango de viscosidad recomendados para lubricantes de turbinas - Lubricantes para engranajes. Los lubricantes de turbinas están continuamente expuestos a los efectos nocivos del calor.Tipo de bomba De rodete De engranajes De pistón Presión máxima aproximada (MPa) 20 20 70 Presión de operación habitual (M Pa) 7 4 20 Grados de viscosidad (VG) recomendados ISO VG 15-68 ISO VG 46-100 ISO VG 32-220 Tabla 2. desgaste. agua y desgaste del metal. . además del método de aplicación del lubricante. elevada estabilidad frente a oxidación.3.5.1). velocidad y temperatura del engranaje.7. los sistemas de lubri­ cación deben ser diseñados con una gran capacidad de refrigeración. La AGMA posee su propia clasifica­ ción de los lubricantes para engranajes en función de la viscosidad (medida a 40°C).6. Las propiedades más recomendables para este tipo de lubricantes son: viscosi­ dad adecuada (tabla 2. tal como puede observarse en la tabla 2. Además. etc. las pérdidas energéticas. M étodo de lubricación Lubricación forzada Lubricación por goteo Viscosidad recomendada a 40°C (cSt) 32-100 32-46 Tabla 2. tamaño.6). Estas condiciones aceleran la de­ gradación del lubricante y provocan en el sistema mecánico la aparición de co­ rrosión y los problemas derivados de la existencia de espuma en el lubricante (véase el apartado 2. .0 1350. ISO VG 220-680 para baja velocidad). Habi­ tualmente se utilizan en engranajes cilindricos.0 900. N° AGMA de lubricante 1 2 3 4 5 6 7 8 8A 9 10 11 12 Viscosidad a 40°C (cSt) 41. Clasificación AGMA de lubricantes • Aceite de engranajes de presión extrema. inestabilidad en presencia de humedad y peor poder de lubricación. • Aceites compuestos para engranajes.0 165. como en tomillos sinfín.0 1650. Vienen mezclados con pequeñas can­ tidades de grasa.0 242.2 90.6 74. Contienen aditivos para presión extrema que mejoran la adherencia de la película al material sobre el que actúa y la capacidad de carga.0 3520.0 288. Aceites sintéticos para engranajes.0 612. que mejora la capacidad de impregnación y las propieda­ des antifricción.0 506.0 6120.0 5060. 7.0 4140.0 748. Estos lubrican­ tes están especialmente recomendados en aplicaciones en las que engrana­ jes y cojinetes están lubricados por el mismo sistema. en general.0 2880.0 7480.0 Tabla 2 .0 1100. Se utilizan en engranajes hipoidales. tales como mayor estabilidad y mayor vida útil. Sin em­ bargo. Tienen propiedades mejoradas frente a los aceites minerales.0 50.8 110.0 135. tom i­ llos sinfín y. Se recomienda que cuanto mayor es la velocidad de la aplicación. .0 198. Su utilización responde siempre a exigencias relacionadas con sus ventajas. Se utilizan en engranajes en los que existe un gran desli­ zamiento. cuando las fuerzas de contacto son elevadas.4 61. también pueden tener inconvenientes: incompatibilidad con compo­ nentes del sistema.0 414. helicoidales y cónicos que operan con cargas ligeras o moderadas. te­ niendo buenas características en rangos de temperaturas mayores.• Aceite de engranajes con oxidación v corrosión (R&O) inhibidas. menor sea la viscosidad (ISO VG 65-150 para alta velocidad.0 352. Lubricantes para compresores. engranajes. En este tipo de máquinas. etc. maquinaria para la fabricación de papel y maquinaria para acerías. Además. de rodete espiral. donde es conducido a través de va­ rios dispositivos para su purificación. Son productos residuales pesa­ dos y pegajosos que se utilizan fundamentalmente en trenes de engranajes lentos y con gran carga. etc. Existe una gran diversidad de lubricantes para aplicaciones menores y con funciones específicas. productos derivados de la oxidación. Otros problemas asociados a esta aplicación son el incremento sustancial de su­ perficie de lubricante expuesta (especialmente en compresores dinámicos. quedando el lubricante). sellar el sistema de compresión. deben resistir la oxidación a elevada presión y temperatura y deben ser estables en presencia de agua. centrifugado. turbinas de gas y vapor. reacondicionado y reutilizado una y otra vez. el aceite es recogido de nuevo en el depósito. Suelen estar mezclados con líquidos refrigeran­ tes y se utilizan en sistemas de eliminación de calor. sino también del ti­ po de gas que se comprime. agua. Dicha purificación puede realizarse en di­ ferentes etapas: deshidratación (por asentamiento. el aceite es recogido.).). Las funciones principales de un lubricante en un compresor son: minimizar el desgaste en engranajes y cojinetes.• Aceite compuesto de engranajes expuestos. filtrado grueso. eliminar ca­ lor del área de compresión y. Lubricantes de recirculación. También contienen grasas para mejorar la fuerza de la película. para lo que suelen contar con aditivos. La función principal es reducir el desgaste y eliminar calor y posibles contaminantes (su­ ciedad. Tras la lubricación. Los sistemas de circulación mayores suelen ser los correspondientes a sistemas hidráulicos. en los que el lubricante se pulveriza en el área de com­ presión). Se utilizan mucho en aplicaciones al aire libre y pueden venir mez­ clados con un disolvente para facilitar la aplicación (el disolvente se evapo­ ra. filtrado fino y enfriado. Su aplicación principal son los compresores. en algunos casos. - - . la adhesión y la capacidad de lubricación en presencia de agua. es decir. etc.). Los requi­ sitos de lubricante no sólo dependen del tipo de compresor. Se han elaborado al­ gunos aceites con mayor mezclabilidad para asimilar el líquido refrigeran­ te. Otros lubricantes. Entre ellos se pueden encontrar los si­ guientes: • Lubricantes refrigerantes. que suministran aceite limpio y seco desde un depósito centralizado hasta los diferentes puntos de lubricación (cojinetes. Son utilizados en grandes sistemas de circula­ ción. Suelen ser inyectados dentro del cilindro para una mejor difusión. sólida Corrosión de Determ ina si un lubricante es inherentemen­ cobre te corrosivo para el cobre y sus aleaciones. Determ ina la cantidad de azufre en un lubri­ Azufre cante. Son aceites mezclados con grasa para mejorar la capacidad de lubricación y la estabilidad del metal a altas tem­ peraturas en presencia de vapor condensado. • Lubricantes de cilindros de vapor. Determ ina el grado de contaminación y Conductividad cambios electroquímicos en un lubricante midiendo variaciones en su conductividad.8. Determina la tem peratura por debajo de la Punto de fluencia que el lubricante deja de fluir. D eterm ina el nivel de degradación de un lubricante.• Lubricantes de ejes. Determina la tendencia de un lubricante a Test de espuma producir espuma. Análisis A gua por destila­ ción Análisis por infrarrojos Descripción D eterm ina el nivel de agua presente en un lubricante. Determina la tem peratura en la que el lubri­ Punto de com­ cante se quem a con una llama permanente bustión más de 5 segundos. Determ ina la cantidad de material ácido en N úmero de ácido el lubricante. Determina la tem peratura en la que el lubri­ Punto de ignición cante generará una llamarada instantánea. Sistemas de transmisión de potencia Todos Tabla 2. Determina el grado de viscosidad de un Viscosidad lubricante a una determinada temperatura. Determ ina el tanto por ciento en peso de Insolubles m ateria sólida en un lubricante. Tipos básicos de análisis de lubricantes . Contaminación D eterm ina el tanto por ciento en volumen de contaminación en un lubricante. Concentración de Determ ina la cantidad de cloro en el lubri­ ión clorhídrico cante. apli­ caciones de alta tem peratura Plantas industriales. Ferrografía Determina la presencia de partículas basadas en hierro. Requieren una menor viscosidad respondiendo a una situación de mayor velocidad. Son lubricantes diseñados para cojinetes de alta velo­ cidad que soportan ejes de máquinas automáticas rápidas. Determina la reserva alcalina (capacidad N úm ero de base para neutralizar ácidos corrosivos). analítica Gravedad Determ ina la densidad de un lubricante. Aplicaciones principales Inspección de lubricantes Todas Lubricantes nuevos M áquinas con posible contam i­ nación por agua salada Todas M otores Diesel y cajas de engra­ najes Bombas que contienen elemen­ tos de cobre Sistemas de recirculación de lubricantes Verificación de lubricantes Lubricantes de motores funda­ mentalmente Combustibles azufrados y equi­ pos en general M otores de combustión interna Seguridad en el transporte. apli­ caciones de alta tem peratura Lubricantes nuevos Seguridad en el transporte. En la tabla 2. UNE.• Lubricantes de cable trenzado. en una planta industrial que cuenta con diversas máquinas e instalaciones. L U B R IC A C IÓ N M A N U A L La lubricación manual está necesariamente vinculada a elementos mecánicos que no requieren una adición o renovación continua de lubricante. Asimismo. cuando se instala una nueva máquina. es necesario implementar un programa de verificación. Sin embargo. SISTEMAS DE LUBRICACIÓN 2. es necesario implementar un programa de lubricación adecuado que permita que el nuevo suministro de lubricación llegue a cada máqui­ na con la periodicidad adecuada.8 se muestran algunos de los más importantes. Por este motivo.6. sino también sobre el funcionamiento de las máqui­ nas.1. Son utilizados para proporcionar lubrica­ ción y protección contra la corrosión del cable y para reducir la fricción en­ tre las hebras individuales. de forma que quede abarcada por el programa.5. . 2. Con los chequeos adecuados se puede realizar un diagnóstico preliminar que determine lo que está funcionando mal en la máquina y prevenir fallos mayores. en éstos sí se requiere que la cantidad y el estado del lubricante sean verificados pe­ riódicamente. la implementación debe repetirse para ella. En la actualidad. Sin embargo.6. El programa de análisis permitirá obtener una información valiosa no solamente sobre el estado del lubricante. Si una máquina está funcionando deficientemente el lubricante lo acusa de diferentes formas. Este programa consiste en análisis periódicos que deter­ minarán el estado del lubricante en lo que se refiere a las características importan­ tes dentro de la aplicación. con el fin de asegurar el estado óptimo de los lubri­ cantes en circulación dentro de las máquinas críticas.). etc. 2. ANÁLISIS DE LUBRICANTES Todos los lubricantes poseen unas propiedades que cambian con el tiempo de utilización. existe una gran cantidad de tipos de ensayos normalizados pa­ ra lubricantes que vienen regulados por diferentes instituciones (normas ISO. Algunas de sus capacidades pueden ser mejoradas de partida con aditi­ vos y su vida útil (o su capacidad) puede ser mejorada mediante sistemas de filtra­ ción y limpieza. Confección de un programa de lubricación en base a toda la información recogida. tipo de lubricante. punto de lubricación. paradas de producción. para cada máquina. etc. cantidad a suministrar. SIS T E M A S A U T O M Á T IC O S DE L U B R IC A C IÓ N Los sistemas automáticos de lubricación están siempre asociados a máquinas en las que la falta de lubricante crea una situación crítica que puede derivar en la rotu­ ra de los componentes. Análisis de las rutas de lubricación para minimizar el espacio recorrido por el equipo de lubricación y para evitar la interferencia con las operaciones de producción. Se ha de estudiar la posibilidad o necesidad de incluir algunos de estos puntos dentro de sistemas de lubrica­ ción automática. método de lubricación (incluyendo utensilios).6. Confección de un sistema de recolección de la información derivada de las tareas de lubricación. identificación de los puntos en los que se requiere lubricación. - - - - Posteriormente. una vez que el programa de lubricación esté en funcionamiento. Este archivo permitirá en el futuro depurar el programa de lubricación eliminando los problemas que surjan. que posteriormente puedan ser informatizadas con el fin de generar un archivo de incidencias. se debe realizar un análisis periódico del mismo con el fin de corregir insuficien­ cias y proponer mejoras hasta llegar a una situación de máxima calidad. Estudio de las recomendaciones relativas a frecuencia de lubricación proporcionadas por el fabricante. pérdida de . 2.El adecuado establecimiento de un programa de lubricación requiere una ins­ pección preliminar de las máquinas y una programación temporal y espacial de las tareas de lubricación. Determinación del tipo de lubricante a utilizar. Para ello se llevan a cabo los siguientes pasos: Identificación de las máquinas y. Este programa debe contener todos los detalles relativos a fechas en las que se realizará la operación. considerando toda la infor­ mación recogida anteriormente.2. disminución de la vida. consideraciones especiales. trabajador que realiza la función. Estudio de las recomendaciones de lubricación hechas por el fabricante y la similitud de los elementos lubricados con otros pertenecientes a otras má­ quinas. Inspección visual detallada con el fin de localizar problemas existentes o potenciales que provoquen que la lubricación sea ineficiente o imposible. etc. gas a presión generado quími­ camente.precisión (calidad) en la fabricación. un mejor control del lubricante. los sistemas centralizados suministran lubricante a varios puntos (incluso a varias máquinas) y su empleo resulta conveniente por sus muchas venta­ . cuando están centralizados.2) que suministran el lubricante por la acción de un pistón que es movido por uno de varios sistemas (resorte. Generalmente. por lo que su rellenado debe ser incluido en el programa de lubricación. En contrapartida. \ O rificios de adm isión de aire Junta tórica Lubricante Resorte Pistón V alvula de rellenado Punto de sum inistro Figura 2. los primeros presentan ciertas ventajas tales como la reducción de la dedicación de hombres a las tareas de lubricación. Dentro de los sistemas automáticos se pueden distinguir dos categorías: centra­ lizados y no centralizados. Los sistemas no centralizados son independientes y suministran lubricante en un punto atendiendo a un criterio (de forma constante. estos sistemas están constituidos por cilindros (figura 2.2. reducción de la cantidad de lubricante consumido. etc.). los sistemas automáticos se caracterizan por ser más caros y. La vida de los sistemas no centralizados es limitada. Cilindro para suministro automático (no centralizado) del lubricante O bturación para el control del flujo Por otra parte. mayor fiabilidad en el funcionamiento (ya que no depende de la actuación del hombre). por rigidizar la instalación de las máquinas. etc. dependiendo de la presión.). Pero incluso en las situaciones en las que se puede optar por un sistema de lubricación automático o manual. etc. de forma que en cada ciclo de lubricación unos inyectores se abren cuando los otros están cerrados y viceversa. Sistema de líneas gemelas. teniendo un mejor comportamiento ante la presencia de conta­ minantes. La bomba suministra lubricante solamente a una línea en cada momen­ to. el fallo de una línea puede ser fácilmente detectado mediante un indicador de ciclo (que detecta la finalización del ciclo de lubricación). quedando relegado su uso a un requerimiento de sus ventajas. El orificio cuenta habitualmente con una válvula que asegura la presión del circuito. El sistema requiere de una válvula de descarga con el fin de que los inyectores puedan cerrarse (sin riesgo para el circuito) hasta un nuevo ciclo de lubricación. basado en suministro por desplazamiento positivo. Es un sistema que se utiliza ampliamente cuando se requiere un servicio rápido y de precisión. reducen costes de producción y mejoran el estado general de lim­ pieza de la planta. Este sistema se basa en dos líneas paralelas de su­ ministro de lubricante. Modifican la apertura de un orificio para controlar la canti­ dad de lubricante que llega al punto deseado. Dentro de éstos. al ser un sistema centralizado. y una única bomba. Funciona mediante una línea ligeramente presurizada de forma que el lubricante pueda ser inyectado en cojinetes y engranajes. Este tipo de sistemas no presenta un funcionamiento adecuado con lubricantes de baja viscosidad. Como principal desventaja. posee la ventaja de que se pueden añadir fácilmente nuevos ramales con nuevos puntos de lubricación. Puede ser utilizado con aceites y grasas. Constituye una alternativa al sistema de se­ ries progresivas. utiliza un sistema de válvulas para abastecer cada punto con una predeterminada cantidad de lubri­ cante antes de lubricar el siguiente punto. el sistema se bloquea. cada una de ellas con sus propios inyectores. Además. Son sistemas habitualmente económicos y fáciles de instalar. Por tanto. Este sistema. Puede ser utilizado con aceites y grasas ligeras (máx. la rotura de una rama de la línea ocasiona el fallo de todo el sistema. no permite una detección tan sencilla de - - - - . mejoran la productividad. Sistema de mezcla de aceite. NLGI 1). La característica fundamental es que cuando una línea queda atascada. existe una gran diversidad de sistemas. El problema funda­ mental es que. es un sistema más caro que otros. Consiste en la inyección de aceite gota a gota dentro de una corriente de aire a baja presión haciendo circular la cantidad de aceite suficiente para impregnar las superficies de operación. A conti­ nuación se muestran algunos de ellos. Sistema de control de apertura. espe­ cialmente si existe posibilidad de cambios de temperatura. Por el contrario.jas: proporcionan mayor seguridad laboral. Sistema de series progresivas. la lubricación es más eficiente. La inclusión de un nuevo punto de lubricación no es sencilla y requiere una modificación del sistema de válvu­ las. Sistema de inyección. Existen otros sistemas automáticos centralizados. Es un sencillo sistema indicado para máquinas con pocos puntos de lubricación (generalmente menos de 12). acciona pequeñas bombas individuales de las cuales sale un conducto hacia un único punto de lubricación. se pueden instalar sucesivamente más o menos bombas de suministro. Además.los inyectores obstruidos. Algunos son una combinación de los anteriores. la instalación de dos líneas supone un in­ cremento del coste. mediante un sistema de leva excéntrica. Otros. mientras que otros más avanzados utilizan sensores electromecánicos para determinar las condiciones en las que se debe suministrar el lubricante. Sistema bomba a punto. Consiste en un motor eléctrico que. La desventaja de este sistema es que no propor­ ciona información alguna sobre posibles obturaciones o fallos del mismo. además de los expues­ tos. . Dependiendo de la longitud de la leva. Existe una gran variedad de tipos de engranajes. Permiten transmitir potencia entre ejes paralelos y entre ejes que se cruzan y el contacto entre dientes es ideal­ mente puntual.1b).1. Todas estas consideraciones ponen de manifiesto que la vida y el fun­ cionamiento de los sistemas de engranajes se ven influenciados por un gran número de aspectos que deben ser considerados para su mantenimiento. ambiente de trabajo.2a) se caracterizan por que la directriz de los dientes pertenece a un plano axial que también contiene el eje de rotación de la rueda den­ tada. en los que los dientes están inclinados (de forma que su directriz es una espiral cilindrica) respecto a los ejes de rotación. la transmisión por engranajes es muy rígida y no permite deformaciones sensibles en el sentido del movimiento. par transmitido y velocidad de giro (potencia). eficiencia del sistema. temperatura ambiente. Los engranajes cilindricos rectos (figura 3. Permiten transmitir potencia entre ejes paralelos y el contacto entre dientes es idealmente lineal.MANTENIMIENTO DE ENGRANAJES 3.2b) los dientes son curvos siguiendo una espiral cónica. Además de estos. entre las que se pueden citar: cargas estáticas y diná­ micas. en los engranajes cónicos espirales (figura 3. Dentro de éstos también existen las variedades recta y espiral. restricciones de peso. Al contrario que otros tipos de transmisiones (correas y cadenas). etc. El contacto entre dientes es idealmente lineal. Alternativamente existen los engranajes cilindricos helicoidales (figura 3. Los engra­ najes cónicos rectos (figura 3. con características de funcio­ namiento muy diferentes. INTRODUCCIÓN Los engranajes son sistemas mecánicos utilizados para transmitir potencia entre ejes en diferentes configuraciones espaciales. existen los engrana­ jes cónicos hipoidales que se caracterizan por poder transmitir potencia entre ejes que se cruzan gracias a la geometría curva de los dientes. Estos engranajes pueden transmitir potencia entre ejes que se cortan y. Sin embargo. en ellos. vida de servicio esperada. El diseño de engranajes utilizado por los fabricantes tiene en cuenta un gran número de consideraciones. el contacto entre dientes es idealmente puntual. Para transmitir potencia entre ejes que se cortan pueden utilizarse engranajes cónicos.1a) son los más sencillos ya que los dientes de cada rueda son paralelos a su eje de rotación. . Engranajes cilindricos b) Engranaje cónico espiral Figura 3.Figura 3.2.1. Engranajes cónicos . Este engranaje permite transmitir potencia entre ejes que se cruzan y se caracteriza por que la rela­ ción de transmisión puede ser muy elevada con poco espacio.Finalmente. Sin embargo. su funcionamiento y su vida útil son más dependientes del material con el que está fabricado.3). Se observa que para los engranajes cilindricos rectos el movimiento es en gran parte rodadura y. en menor medida. Estos pueden ser considerados un caso extremo de en­ granaje cilindrico helicoidal en el que el diente de una de las ruedas se ha inclinado tanto que ha llegado a dar más de una vuelta al cilindro de la rueda. Consecuentemente. de las condiciones de lubricación y del mante­ nimiento en general. para el caso de tomillos sinfín. se puede llegar a obtener velocidades de la corona lentas a partir de velocidades elevadas del sinfín. Así. dentro de los tipos de engranajes básicos. el movimiento es fundamentalmente de desliza­ miento (aunque también cuenta con una pequeña proporción de rodadura). . Dentro de las propiedades de los diferentes tipos de engranajes (tabla 3. el tomillo sinfín estará mucho más afectado por el desgaste que otros tipos de engranajes. Debido a que la rodadura produce mucho menos desgaste que el deslizamiento. existen los engranajes de tomillo sinfín (figura 3. deslizamiento (aunque esta proporción varía en función de la posición relativa de los dientes engranados).1) tiene especial importancia la característica de movimiento relativo entre las superficies en contacto. La proporción entre cada uno de estos dos tipos de movimientos relativo depende de la proximidad del engranaje al sinfín (gran deslizamiento) o al engranaje cónico (ma­ yor rodadura). Las transmisiones mediante tomillo sinfín poseen una gran aceptación en la in­ dustria debido a sus muchas ventajas: diversidad de configuraciones. Estos mismos razonamientos son extensibles a la comparación entre los engra­ najes cónicos de dientes rectos y espirales. radial y axial Tangencial.Tipo de engranaje Cilindricos rectos Cilindricos helicoidales Cilindricos doble heli­ coidales Cónicos rectos Cónicos espirales Hipoidales Sinfín Disposición espacial de los ejes Paralelos Paralelos o se cruzan Paralelos Se cortan Se cortan Se cruzan Se cruzan Contacto entre dien­ tes Lineal Puntual Puntual Lineal Puntual Puntual Puntual Fuerzas de contacto (de mayor a menor) (en general) Tangencial y radial Tangencial. Los engranajes cilindricos helicoidales poseen mejor relación de contacto (igual al número promedio de dientes en contacto durante el funcionamiento) que ios rectos. Sin embargo.1. Los engranajes cilin­ dricos helicoidales son los preferidos para la transmisión de potencias mayores entre ejes paralelos o que se cruzan. asegura la transmisión a velocidad constante y proporciona un movimiento más suave. Sin embargo. es silencioso y sin vibraciones. Los engranajes cónicos hipoidales tie­ nen un modo de funcionamiento intermedio entre un engranaje cónico helicoidal y un sinfín. produciendo una velocidad de salida constante. lo que incrementa su capacidad de carga. estos engranajes cargan axialmente los ejes que los soportan (para evitar esta situación en aplicacio­ nes críticas se utilizan engranajes con dos hélices opuestas). radial y axial Tangencial. Tipologías de engranajes y sus características Los engranajes cilindricos rectos se utilizan habitualmente en aplicaciones con velocidades moderadas debido a su simplicidad de fabricación (lo que los hace económicos) y a su economía de mantenimiento. gran capaci­ dad de reducción (de velocidades) en poco espacio. capacidad de carga y posibili­ dad de autobloqueo. Su funcionamiento se basa en el deslizamiento y. por tanto. por lo que el movimiento se compone de rodadura y deslizamiento. radial y axial Característica prin­ cipal del movimiento relativo Rodadura RodaduraDeslizamiento Rodadura Rodadura RodaduraDeslizamiento Deslizamiento Gran deslizamiento Tabla 3. radial y axial Tangencial y radial (las dos fuerzas axiales se anulan mutuamente) Tangencial. este movimiento por deslizamiento provoca una disminución de la efí- . radial y axial Tangencial. En la figura 3. asimismo. En general.ciencia (con el rozamiento se disipa energía en forma de calor). Los fabricantes ponen a disposición de sus clientes una gran variedad de modelos (con característi­ cas diferentes) que cubren la mayor parte de las necesidades industriales. Dado que los engranajes necesitan estar bañados en lubricante para su funcio­ namiento óptimo.1.4 se muestra un ejemplo de caja reductora. solamente giran alrededor de su eje geométrico. Es posi­ ble. Las cajas reductoras vienen provistas de todo lo necesario para su mantenimien­ to. Se utili­ zan para transmitir potencia cuando se requiere relaciones de transmisión o rela­ ciones de par mayores que las logradas con engranajes simples. 3. un cambio en el senti­ do de giro de los ejes o un ángulo de salida diferente. En ellos los ejes mecánicos intermedios no poseen ningún tipo de movimiento de traslación. CAJAS DE ENGRANAJES Las cajas de engranajes (o cajas reductoras) están compuestas de trenes de en­ granajes que poseen ejes intermedios con diferentes etapas de reducción. quedando clara­ mente por debajo de otros sistemas de transmisión. Se observa que esta caja cuenta con 3 etapas de reduc­ ción (la -Ib . En contra. C A JA S C O N T R E N E S D E E N G R A N A JE S FIJO S La mayoría de las cajas reductoras cuenta con este tipo de trenes. estas cajas cuentan con conductos para el suministro. poseen restricciones de diseño importantes al intentar lograr índices de reducción mayores para una distancia entre centros de­ terminada. formando un único componente que se puede incluir en cualquier ensamblaje. la evacua­ ción y el purgado del lubricante (figura 3. Las cajas reductoras habitualmente se compran por catálogo. 3a-3b) y 2 ejes intermedios. en la que los ejes de entrada y salida son perpendiculares. También se utili­ zan cuando se requiere una relación de transmisión variable. 3.2.5).2. Los engranajes internos son más compactos que los externos para la misma re­ lación de transmisión. encontrar cajas reductoras motorizadas (también llamados moto-reductores) en las que un motor primario acciona la caja reductora. 2a-2b. poseen una mayor capacidad de carga y su fun­ cionamiento es más suave. Existen dos tipos básicos de trenes de engranajes atendiendo a la movilidad de los ejes intermedios: trenes fijos y trenes planetarios (también llamados epicicloidales). formada por un tren fijo. . 5.4.Alojamientos cónicos para rodamientos Rodamientos cónicos. Reductor de 3 etapas y ejes paralelos . Caja de engranajes de 3 etapas y ejes perpendiculares Eje de salida Ojo de buey para verificación del lubricante Tomillos para purgado del lubricante Figura 3. Engranaje cónico espiral Eje de entrada Ejes intermedios Figura 3. las juntas vienen selladas asegurando la estanqueidad de la cámara. Además. Una de las características principales de los trenes planetarios es que la potencia es transmitida a través de múltiples engranes. En la figura 3. desde el punto de vista cinemático. cuentan con dos tipos de ruedas dentadas: unas que están provistas de un giro simple alrededor de su propio eje (que también es el eje del tren) y otras que giran alrededor de su propio eje a la vez que su eje gira alrededor del eje central del tren. sino también para evitar la entrada de contaminantes. Debido a esto. La figura 3. Esto es importante no sólo para evitar fugas de lubri­ cantes. los trenes planetarios se prestan a un diseño en el que los ejes de entrada y salida están alineados (figura 3. los trenes planetarios poseen habitualmente menor tamaño que los trenes fijos.2.6.6 se muestra un reductor planetario. 3. mientras que para . Eje de salida Planetario Sol central Sol exterior Eje de entrada Brazo del tren planetario (a) (b) Figura 3.6a). Otra característica importante es que se pueden diseñar para grandes reducciones en relativamente poco espacio. Las primeras pueden ser de dentado interior o exterior y son llamadas “soles”.Las cajas también cuentan con visores u ojos de buey que permiten observar el estado (color) y nivel del lubricante.6b demuestra la existencia de dos soles y un planetario compuesto por 3 ruedas dentadas. mientras que las segundas son siempre de dentado exterior y son habitualmente llamadas “planetarios”. para una misma capacidad de carga. Reductor planetario o epicicloidal Aparte de las ventajas anteriores.2. C A JA S C O N T R E N E S D E E N G R A N A JE S P L A N E T A R IO S Son elementos que. S E L E C C IÓ N Para la selección del engranaje adecuado para una determinada aplicación es necesario tener en cuenta dos factores fundamentales: la potencia que se necesita transmitir y la relación de velocidades entre la salida y la entrada.99% 90% .99% 90% . Tipo de engranaje Cilindrico recto Cilindrico helicoidal Cónico recto Cónico espiral Hipoidal Sinfín Rango de eficiencias 97% . es necesario tener en cuenta las pérdidas en cada etapa de reducción.3.99% 97% . pudiendo llegar a ser mucho menor que el 98%.99% Tabla 3. 3. INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE ENGRANAJES La instalación de sistemas de engranajes incluye la realización de 3 pasos: se­ lección. Los tomillos sinfín. Para los engranajes de dientes rectos y helicoidales (con ángulo de hélice modera­ do) se estima que la eficiencia está en tomo al 98% (tabla 3. por lo que la eficiencia global de la caja es el pro­ ducto de las eficiencias de las etapas. 3.2. Para el cálculo de potencia. la pérdida comentada anterior­ mente se produce en cada etapa. Si la caja reductora posee varias etapas. debido a que las ruedas del planetario tienen un movimiento de rotación alrededor del eje central del tren. pueden soportar hasta un cierto límite de velocidad en condiciones de funcionamiento óptimas.99% 90% . El principal problema que se les atribuye es que.3. Rangos de eficiencia en engranajes Otra consideración importante de la que depende enormemente la vida útil de los engranajes es el tipo de carga que éstos soportarán durante su funcionamiento en la máquina que se instalan. están sujetas a la acción de las fuerzas centrífugas y.1. este tipo de carga se clasifica dentro . por el contrario.98% 60% . tienen generalmente una eficiencia menor y muy variable en fun­ ción de los materiales (coeficiente de rozamiento).2). del ángulo de hélice y de otros factores. montaje y puesta en servicio. consecuentemente. Generalmente.conseguir esta configuración con un tren fijo el tamaño ha de ser considerablemen­ te mayor. Este recubrimiento es de una sustancia de tipo polar que. Los ejes de entrada y salida deben estar alineados correctamente y con precisión para evitar posibles sobrecargas que disminuyan la vida útil.3. M O N T A JE Las condiciones óptimas de funcionamiento de sistemas de engranajes deben asegurarse también durante el montaje. la AGMA {American Gear Manufacturer Association ) recomienda coeficientes de mayoración de la potencia transmitida para la selección de la caja reductora.3. que permiten este tipo de movimientos sin generar esfuerzos radiales importantes. éstos pierden la protección y quedan listos para el funciona­ miento. Algunas unidades requieren o llevan asociado un sistema de recirculación de lubricante. De esta forma. tras la instalación y relle­ nado de lubricante. En tales casos. para evitar posibles movimientos durante el funcionamiento. las cajas reductoras se empaquetan con los engranajes protegi­ dos por un recubrimiento. se pueden utilizar acoplamientos con flexibilidad a torsión para amortiguar las oscilaciones de par. 3. Sin embargo. 3. el cual se define como la potencia media que la unidad puede transmitir de forma continuada sin sufrir sobrecargas de temperatura ni requerir enfriamiento auxiliar. De la misma forma. Todas estas y otras consideraciones deben consultarse en la información técnica que proporciona el fabricante. éstos deben ser conectados utilizando acoplamientos mecánicos de tipo flexible.de una de las siguientes categorías: carga uniforme. Deben estar bien sujetos a la bancada (con un apoyo firme y anclajes adecuados). carga de choque moderado o carga de choque elevado. es necesario verificar que el lubricante está siendo trasegado por la bomba y que llega correctamente a los diferentes pun- . Finalmente. generalmente. una vez que se ha seleccionado la caja reductora en base a todo lo anterior. Si se prevé la posibilidad de existencia de so­ brecargas importantes es recomendable la utilización de acoplamientos limitadores para evitar la rotura de la caja de engranajes. es necesario comprobar la potencia a transmitir (mayorada como se ha explicado) frente al índice térmico. si el transporte o el almacenamiento va a ser largo o accidentado.2. P U E ST A E N SE R V IC IO Algunos fabricantes suministran las cajas reductoras llenas de lubricante en las condiciones de uso. En función de este tipo.3. Si los ejes son susceptibles de sufrir desalineaciones durante el funcionamiento. y tras el montaje. es soluble en el lubricante. que son explicados a conti­ nuación. En el fallo superficial. para lo cual se requiere drenar el aceite y limpiar los alojamientos. Después de esto. la superficie del diente se deteriora hasta un nivel en el que las condiciones de funcionamiento resultan muy desfa­ vorables.4. Este desgaste es poco importante y no afecta al funciona­ miento de la máquina dentro de su vida esperable. La situación de desgaste normal (o mínimo) no es completamente evitable. la unidad está lista para el funcionamiento nor­ mal. La pérdida de material debido al funcionamiento normal del sistema de en­ grane. El desgaste hace referencia a la pérdida de material debido al ro­ zamiento de las superficies en contacto. • Desgaste. Es una buena práctica realizar un reacondicionado tras 2 semanas de funcio­ namiento. Si el aceite inicial de la caja no está contaminado (lo cual se puede determinar con los ensayos oportunos).1. 3. En general.tos en los que es necesario. constituye el des­ gaste normal. pese a la existencia de una lubricación adecuada. Esto puede realizarse observando los indicadores de presión e inspeccionando los ojos de buey (visores) que existen para tal efecto. se puede utilizar el mismo y. si estuviera mínimamente contaminado se debe utili­ zar uno nuevo. Después de la puesta a punto. Existen varios tipos de fallo superficial. se drena el aceite de limpieza y se rellena con el aceite apropiado (recomendado por el fabricante). Su minimización y la . La limpieza se realiza rellenando la caja con un lubricante de limpieza (por ejemplo un aceite mineral SAE 10 sin aditivos) y haciéndola funcionar en régimen normal durante breves minutos.4. El desgaste excesivo puede preve­ nirse con un sistema de lubricación adecuado y con dispositivos limitado­ res de par de forma que éste no supere el par nominal de la caja reductora. T IP O S D E F A L L O S E N E N G R A N A JE S Los engranajes son sistemas de transmisión de potencia por contacto directo de superficies rígidas (contacto tipo leva-seguidor). MANTENIMIENTO DE ENGRANAJES 3. durante la puesta a punto de estos sistemas se requiere que el técnico ajus­ te la apertura de la válvula para obtener la presión que recomienda el fabricante. Fallo superficial. En este tipo de transmisiones se puede producir fallo según dos categorías fundamentales: fallo superficial y rotura del diente. 8) y es producido por el rallado de partículas de tamaño considerable. 7. Su existen­ cia se debe a la incapacidad del sistema de lubricación para eliminar las partículas sólidas generadas en el funcionamiento de la máquina. D esgaste abrasivo Si el desgaste abrasivo se produce de forma severa. Si se detecta un desgaste abrasivo. Es posi­ ble detectar la existencia de una situación de desgaste abrasivo examinando el nivel de partículas metálicas en el lubricante (bien durante su sustitución o bien examinando periódicamente los filtros en el caso de lubricación re­ circulante).8. Figura 3 . Figura 3.permanencia de la máquina en esa situación es el objetivo del manteni­ miento de engranajes. recibe el nombre de raspadura. Este tipo de desgaste se caracteriza por líneas muy marcadas en la dirección de deslizamiento (figura 3. la transmisión debe detener­ se inmediatamente y debe realizarse un procedimiento de limpieza similar al descrito en el apartado 3. Raspadura . Este tipo de desgaste produce una ra­ lladura en el flanco del diente que es característica (figura 3. el daño superficial provocado por partículas sólidas cuando éstas se introducen entre los dientes del engrane en el momento del contac­ to es denominado desgaste abrasivo.7).3. Por otro lado.3. Desgaste p o r sobrecarga • Fluencia. la forma del perfil del diente es modificada por fluencia). En esas condiciones. El remedio para este tipo de desgaste es evitar. por ejemplo. Cuando se transmite un par excesivo a baja velo­ cidad mediante un sistema de engranajes se puede producir un desgaste su­ perficial. produciéndose el contacto directo entre los metales. Se observa este fenómeno. en piñones hipoidales y tomillos sinfín sometidos a cargas excesivas y lubricación inadecuada y termina por producir el fallo total del elemento. por un hundimiento en la base de los dien­ tes (donde comienza el contacto) de la rueda conductora (en general.10). Otra forma de manifestarse consiste en la aparición de rebabas en los filos externos de los dientes rectos y helicoidales (figura 3. . también puede llegar a darse en metales endurecidos.9. incluso. dependiendo de las condiciones en las que se produce.• Desgaste por sobrecarga. Este tipo de desgas­ te por fluencia se produce ante cargas elevadas con impactos que hacen que los dientes en contacto se golpeen durante el movimiento.11). tal como se muestra en la figura 3. El des­ gaste por fluencia se manifiesta de formas diferentes. se pueden instalar elementos limitadores de par). otra alternativa consiste en utilizar lubricantes con aditivos anti-desgaste y de extrema presión. Si no fuera posible evitarlas. Figura 3. Es el deterioro de la superficie como consecuencia de la fluencia del metal ante cargas elevadas. Una de las formas más comunes consis­ te en el arrugado u ondulado de la superficie (figura 3. En ocasiones se observa no por la aparición de rebabas sino por el redondeo de los filos ex­ ternos de los dientes o.9. las condiciones de funcionamiento tan desfa­ vorables en las que se produce (en el caso de producirse sobrecargas pun­ tuales. la velocidad no es suficiente para conseguir el efecto hidrodinámico que proporciona una película de lubricante ade­ cuada. Aunque generalmente está asociada a meta­ les blandos. El resultado es un notable desgaste en la parte exterior del flanco de los dientes. en la medida que sea posible. Ondulado de la superficie p o r fluencia Figura 3. Tras el sufrimiento de este tipo de desgaste.11. Fallo superficial p o r estriado . Deformación del perfil del diente p o r fluencia Teniendo en cuenta que la fluencia está vinculada a la aparición de cargas concentradas. el medio de evitar este tipo de desgaste pasa por utilizar en­ granes con mejor distribución de la carga.12. Este término da nombre a la eliminación rápida del material de la superficie de los dientes provocada por el arranque continuado de pequeñas partículas que se han soldado al metal debido a condiciones de funciona­ miento de gran presión y elevada temperatura. • Estriado. Figura 3. la superficie presenta un aspecto de desgarro (figura 3. evitar los impactos de la carga y utilizar lubricantes con aditivos de alta presión.Figura 3.12) con estrías o surcos en la dirección de deslizamiento.10. Picaduras superficiales Figura 3. Existe una gran cantidad de otros fallos su­ perficiales relacionados con el desgaste. distintos de los anteriores. Fatiga superficial.14).14. Cuando se detecta. A stillado superficial • Otros tipos de fallo superficial. el estria­ do puede prevenirse mediante sistemas de transmisión que moderen las cargas y utilizando un lubricante con aditivos de extrema presión. Es un tipo de deterioro que viene provocado por ciclos de tensión superficial o subsuperficial con valores alternantes entre cero y un valor máximo que supera el límite de fluencia del material. para evitar la concentración de tensiones que provocan las oquedades y que aceleran de forma geométrica el fallo por fatiga superficial.13) hasta el astillado de la superficie (figura 3. que provocan la ruptura de la película del lubricante y. Puede mani­ festarse con diferentes grados de severidad desde pequeñas picaduras (figura 3. . con ello. La prevención de este tipo de fallo pasa por la utilización de ruedas con tra­ tamientos de endurecido superficial y la utilización de lubricantes con adi­ tivos de extrema presión. las tareas de mantenimiento se reducen al afilado y pulido de los dientes. Como en otros casos de desgaste. Entre estos se puede encontrar el desgaste corrosivo que supone el deterioro su­ .El estriado es causado habitualmente por cargas elevadas concentradas.13. Figura 3. el contacto di­ recto entre metales y partículas. etc. Estas tensiones elevadas y localizadas pueden deberse a varias causas: sobrecar­ ga. La sección del corte presenta un aspecto fibroso (figura 3.perficial derivado de la acción química de un ácido. al estar en contacto con el metal. . Tras la rotura. mal diseño. muy diferente del fallo por fatiga. Cuando se produce ya no es posible la realiza­ ción de mantenimiento y se debe proceder a la sustitución de la pieza. El síntoma de este fallo es similar a otros mecanismos de fallo por fatiga. otras condiciones pueden propiciar la apa­ rición de este tipo de fallo: alineación deficiente (concentrando las cargas). Es un tipo de fallo que se produce ante la aparición de una sobrecarga con aplicación brusca.15). con tensiones variables que en algún punto superan el límite de fluencia del material. que se produce a ele­ vada temperatura (provocadas por una fuente externa o por el rozamiento ante sobrecargas) debido a la pérdida de dureza del material en esas condiciones. Algunos tipos de desgaste superficial pueden llevar a una eliminación drástica del material que reduzca la sección del diente hasta su rotura. La rotura es instantánea y sin ne­ cesidad de progresión de grieta. vibración excesiva. y otra zona mate y fibrosa correspondiente a la última sección resistente antes de la rotura. existen varias causas que pueden provocar la rotura parcial o completa de un diente: • Rotura por fatiga. Otro fallo superficial es la denominada quemadura. de humedad o conta­ minación del lubricante. Es el resultado de múltiples ciclos de carga en el diente. Aparte de una sobrecarga súbita. la sección presen­ ta el aspecto típico de fallo por fatiga: una zona brillante y pulida corres­ pondiente al avance de la grieta. El desgaste por interferencia ocurre cuando el contacto prematuro de los dientes concentra la carga del filo de un diente contra la base del opuesto. Habitualmente se muestra en forma de decoloración térmica en la superficie. Se muestra en forma de picaduras en la superficie. Comienza con la aparición de grietas en el lado cargado del diente. normalmente favorecidas por la concentración de tensiones. • Rotura por sobrecarga. Como en el caso del deterioro superficial. Fallo por rotura del diente. progresando dentro de la sección hasta provocar la rotura completa. Se muestra por un desgaste (rallado) sensible en la base de los dientes de la rueda conducida. etc. como ocurre en fatiga. lubricación deficiente (que puede llevar a los dientes a soldarse). mala alineación. • Rotura por desgaste excesivo. La rotura del diente es el resultado final de un proceso de deterioro continuado. Este es un tipo secundario de rotura que viene pre­ cedido por una fase más o menos larga de desgaste. Además de los anteriores.3 muestra el número AGMA de lubricante recomendado para engra­ najes cilindricos rectos. En tomillos sinfín se produce un gran deslizamiento con una presión muy ele­ vada. buenas propiedades anti-espuma y sin partículas abrasivas presentes. helicoidales. . Para evitar esto. Las recomendaciones de la AGMA para estos engranes vienen resumidas en la tabla 3. Un lubricante para engranajes debe poseer unas características específicas: alta calidad. Entre ellos cabe destacar el fallo de­ bido a tensiones internas excesivas provocadas por tratamientos superficia­ les inadecuados. no reactivo. Figura 3. generalmente se recomienda la utilización de un lubricante compuesto (C) o un lubricante con agentes de extrema presión (EP). Rotura p o r sobrecarga 3. en función de la temperatura ambiente. En esta situación. existen otros tipos de causas que produ­ cen la rotura total o parcial del diente. La tabla 3.4. sin poder ejercer su función principal. inhibido en cuanto a corrosión. cónicos rectos y espirales.• Otros. Cuando la aplicación presenta una temperatura variable dentro de un amplio rango. L U B R IC A C IÓ N Los engranajes constituyen una aplicación crítica en lo relativo a lubricación debido a que en ellos se transmiten fuerzas elevadas con contactos de pequeña área. con agentes de extrema presión (EP).15. se utilizan lubricantes de alta viscosidad y. mientras que en aplicaciones de baja temperatura se requiere que posea un bajo punto de fluencia. lo que genera presiones muy elevadas. Para esta aplicación tan crítica. Cuando la aplicación es de elevada temperatura.4. además se requiere buena resistencia a la oxidación. alto grado de refinamiento. un lubricante normal tien­ de rápidamente a ser expulsado del área de contacto. generalmente se requiere un alto índice de viscosidad.2. que evitan en lo posible el contacto directo entre las partes. en ocasiones. 7 C. C.4. C. C. C = Compuesto.Tipo de unidad (distancia entre centros) Ejes paralelos (una sola reducción) H asta 200 mm Entre 200 mm y 500 mm Más de 500 mm Ejes paralelos (doble reducción) Hasta 200 mm Más de 200 mm Ejes paralelos (triple reducción) Hasta 200 mm Entre 200 mm v 500 mm Más de 500 mm Ejes planetarios (diámetro del alojamiento) Hasta 400 mm Más de 400 mm Cónicos rectos o espirales (distancia de cono) Hasta 300 mm Más de 300 mm M otorreductores Unidades de alta velocidad Temperatura ambiente -10°C a 10°C 10°C a 50°C 2-3 2-3 3-4 2-3 3-4 2-3 3-4 4-5 2-3 3-4 2-3 3-4 2-3 1 3-4 4-5 4-5 3-4 4-5 3-4 4-5 5-6 3-4 4-5 4-5 5-6 4-5 2 Tabla 3. C. cónicos rectos y cónicos espirales Tipo de sinfín (diámetro) Velocidad del sinfín (rpm) Temperatura ambiente -10°C a 10°C a 10°C 50°C Velocidad del sinfín (rpm) >700 >450 >300 >250 >200 >700 >450 >300 >250 >200 Temperatura ambiente -10°C a 10°C a 10°C 50°C Sinfín cilindrico Hasta 150mm <=700 Entre 150mm y 300mm . 7 7 7 7 7 C. 8 8 8 8 8 7 7 7 7 7 C C C C C EP EP EP EP EP 8 7 7 7 7 C. C. C.3. Recomendación de número de lubricante AGMA p ara tornillos sinfín . C. C. cilindricos helicoidales. C. 8 8 8 8 8 8 7 7 7 7 C C C C C EP EP EP EP EP 8A C 8A C 8A C 8A C 8A C Tabla 3. C. C.= 450 Entre 300mm y 450mm <=300 Entre 450mm v 60mm <=250 Más de 600mm := 200 Sinfín doble envolvente Hasta 150mm <= 700 Entre 150mm y 300mm <=450 Entre 300mm v 450mm <=300 Entre 450mm y 600mm <=250 M ás de 600mm := 200 EP = Extrema Presión. 8 8 8 8 8 EP EP EP EP EP 7 C. 8 8 8 8 8 7 7 7 7 7 C C C C C EP EP EP EP EP 8 8 8 8 8 C. C. 7 C. Recomendación número de lubricante AGMA para engranajes cilindricos rectos. 7 C. 7 C. corregir la causa y verificar el nivel de lubricante. son muy susceptibles de sufrir desgaste abrasivo y ralladuras por impu­ rezas que puedan entran del exterior. Estas grasas deben poseer unas propiedades similares a las de los aceites. Se debe inspeccionar el engrane hasta determinar la causa y realizar su corrección. También es común (especialmente en cajas reductoras) que el mismo lubricante de los engranajes sirva para lubricar los rodamientos sobre los que apoyan los ejes de las etapas de reducción. . es importante que las cajas que albergan los engranajes que­ den perfectamente selladas durante el funcionamiento. ya que debido a su funcio­ namiento.En algunos casos. En tales casos. éste suele contar con un fil­ tro y. Si se detecta una fuga.3. Los ruidos inusuales son prueba de vibraciones y golpes que no de­ berían ocurrir. el lubricante utilizado no debe ser noci­ vo para los elementos de los rodamientos y debe poseer unas propiedades de lubri­ cación adecuadas también para estos elementos. en tal caso.4. Es recomendable reali­ zar una inspección rutinaria diaria de estos sistemas con el fin de detectar posibles anomalías antes de que se produzca un daño irreparable. además de críticos para el proceso productivo. se debe inspeccionar y limpiar o reemplazar el filtro periódica­ mente. Si la unidad está lubricada por un sistema a presión. se debe detener el engranaje. 3. los engranajes pueden estar lubricados por grasas en lugar de aceites. A N Á L ISIS D E L E ST A D O . Esta inspección debe ba­ sarse en la observación de posibles fúgas de lubricante y de ruidos inusuales. En cualquier caso. R E C O M E N D A C IO N E S Las transmisiones por engranaje son elementos valiosos que pueden llegar a ser muy caros. Las transmisiones flexibles utilizan elementos (correas. Otra de las ventajas de las transmi­ siones flexibles es que se pueden configurar formando transmisiones complejas. más raramente. cadenas y cables) que por su gran longitud y mayor elastici­ dad se comportan de forma mucho menos rígida que otros tipos de transmisión tales como los engranajes. ya - - - . aunque también es común encontrar transmisiones por cadena y. mediante una cadena. la solución resulta ser desproporcionadamente aparatosa y cara en comparación con el uso de una transmisión flexible. cadena y cable. la utilización de una transmi­ sión rígida mediante engranajes implica la utilización de un gran número de ellos o bien la utilización de ruedas dentadas de gran tamaño. debido a su flexibili­ dad. Transmisión con configuración compleja. La utilización de elementos flexibles en la transmisión obedece generalmente a uno o varios de los siguientes motivos: Transmisión entre ejes separados. INTRODUCCIÓN Tradicionalmente. La falta de espacio es otro motivo por el que se pueden em­ plear las transmisiones flexibles. En casos en los que una parte de la máquina desem­ peña un trabajo que involucra golpes o impactos. etc.). En cualquiera de los casos. es posible transmitir potencia desde un eje a varios al mismo tiempo. permiten formar transmisiones especiales (por ejemplo. Espacio reducido. la más utilizada es la transmisión por correa. la denominación transmisión flexible incluye la transmisión por correa (o banda). Esta ventaja es especialmente importante en el caso de transmisión por correas ya que. Así. En este caso. con gran economía de medios. Amortiguamiento de cargas de choque.1. En maquinaria industrial.MANTENIMIENTO DE TRANSMISIONES FLEXIBLES 4. por cable. Esta es una importante ventaja porque supone una mayor duración de la parte aislada. transmisiones entre ejes que se cruzan en el espacio. especialmente en el caso de las cadenas. las transmisiones flexibles ac­ túan como amortiguadores atenuando las vibraciones provocadas por estos im­ pactos. transmisiones variables mediante poleas cóni­ cas. MANTENIMIENTO DE CORREAS Aunque existe una amplísima gama de tipos diferentes de correas. Es necesario hacer notar que los sistemas de transmisión de potencia por correas o cadenas pueden ocasionar graves lesiones en las personas. antes de proceder con cualquier tarea de inspección o mantenimiento es siempre fundamental asegu­ rar la detención de la transmisión. aunque presentan algunos aspectos comunes. A. . son muy diferentes desde el punto de vista de funcionamiento. temperatura de trabajo. En la actualidad. 4. de­ ntro de este tipo de correas existe una variada subclasifícación atendiendo a las dimensiones de la sección transversal. factores ambienta­ les. etc. Las correas necesitan una revi­ sión regular de su estado de funcionamiento. Las correas transmiten potencia generalmente por fricción (a excepción de las correas dentadas) mientras que las cadenas trans­ miten por desplazamiento positivo.2. Otros tipos de correas también utilizados para transmitir potencia son las co­ rreas planas (de sección rectangular) y las correas de sección circular. Por este motivo. Existen riesgos impor­ tantes de atrapamiento y corte de extremidades. Las secciones convencionales de correas siguen la denominación Z. la correa más utilizada en transmisión de potencia es la correa trapezoidal. D. Un sistema de transmisión de movimiento basado en correas y poleas funciona­ rá sin problemas durante gran tiempo si las condiciones de funcionamiento son óptimas y se realiza un mantenimiento adecuado. Cuando se requiere un sincronismo perfecto entre las poleas motriz y conducida. C. de forma similar a otros componentes.que poseen un muy buen ratio entre su capacidad para transmitir potencia y el espacio que ocupan. accesibilidad del equipo. Por este motivo.1. B. Los dos sistemas flexibles principales de transmisión de potencia (correas y ca­ denas). E y sus dimensiones se muestran en la figura 4. Algunas recomendaciones generales relativas a esta periodicidad se muestran en la tabla 4. En cuanto a mantenimiento. cuyo funcionamiento es sensiblemente diferente al de los tipos anteriormente descritos. cortando el suministro de energía y colocando todos los mandos de control en posición de parada. naturaleza crítica del equipo. estos elementos de transmisión también son muy distintos y conviene realizar una descripción separa­ da de los mismos. se utiliza una correa dentada. deben ser incluidas en programas de revisión de los componentes y la periodicidad de revisión necesaria depende de muchos factores: velocidad de las poleas.1. Frecuencia de inspección recomendada en correas 4. cada inspección rutinaria debe estar ba­ sada en dos tareas básicas: visualizar el estado de los componentes y en escuchar el funcionamiento para detectar posibles anomalías (una transmisión por correa bien diseñada y bien mantenida debe operar de forma suave y silenciosa).1. IN S P E C C IÓ N DE T R A N SM ISIO N E S PO R C O R R E A En el caso de transmisiones por correas.2. Tipos de secciones convencionales de correas trapezoidales Tipo de funcionamiento Crítico Normal Máquina cerrada Frecuencia de inspección recomendada Entre 1 y 2 semanas Una vez al mes Entre 3 y 6 meses Tabla 4.Figura 4.1. Las tareas de .1. En correas dentadas.2. . además se debe inspeccionar la existencia de muescas y dientes per­ didos. la cual debe ser acorde con el tipo y modelo de la correa instalada (el fabricante proporciona información para la correcta selección). Un programa de inspección de correas bien elaborado incluirá la inspección de al menos los siguientes elementos de la transmisión: Correa. De forma aproximada. En tales casos. eso es indicativo de problemas en la transmisión. También se debe inspeccionar la temperatura de operación (normalmente en tomo a 60°C). Se debe inspeccionar la existencia de desgaste excesivo o asimétrico. Figura 4. La tensión requerida es función de la potencia que se desea transmitir. se debe comprobar su tensión (o pretensado). Cualquier lubricante es un gran enemigo para las transmisiones por correa. se debe limpiar concienzudamente cualquier signo de lubricante y se debe solucionar los problemas de fugas. los materiales con que se fabrican las correas se degradan rápidamente con el contacto de la mayoría de los lubricantes. una transmisión deficiente y un desgaste excesivo. la inspección de la correa incluye examinar la posibilidad de acceso de lubricantes provenientes de otros elementos de la máquina. una correa a la temperatura de funcio­ namiento debe poder ser mantenida con las manos de manera cómoda. Correas agrietadas tras agotar su vida útil Dentro de la inspección de la correa. Se debe observar si la cubierta de protección u otros elementos cercanos presentan manchas de lubricantes provenientes de fugas. consecuentemente. Si no es así. Una tensión excesiva dis­ minuirá la vida útil de la correa mientras que una tensión excesivamente baja provocará el deslizamiento de la correa sobre la polea y. quemaduras y bultos o crecidas. Da­ do que la transmisión se realiza por fricción.inspección no se limitan exclusivamente a los componentes directamente involu­ crados en la transmisión. Además. grietas (figura 4. deshilacliados. el acceso accidental de un lubricante a la interfase correa-polea reducirá drásticamente el coeficiente de rozamiento y provocará un funcionamiento deficiente. Por este motivo.2). sino también a otros involucrados indirectamente. Poleas.75 mm (750fim). durante el manteni­ miento de la transmisión debe incluirse la verificación del nivel de grasa y su reposición en caso de ser necesario. muescas y bordes afilados. En cuanto a la alineación. la polea debe ser reemplazada.4b). existen dos tipos básicos de desalineación: angular (figura 4. Se debe asegurar la limpieza perfecta de la po­ lea.En algunos casos se pueden utilizar grasas anti-fricción para incrementar el co­ eficiente de rozamiento. Si se detecta una holgura (h ) entre la polea y la galga superior a 0. La desalineación paralela es la más senci­ lla de corregir ya que sólo requiere recolocar adecuadamente una de las poleas . El desgaste de poleas con ranuras en V (correspondientes a correas trapezoida­ les) debe ser examinado con galgas (figura 4.3) suministradas por los fabrican­ tes.4a) y paralelo (figura 4. ya que la suciedad supone siempre una disminución considerable de la vida de la polea. Estas grasas presentan unos requerimientos de suminis­ tro y mantenimiento parecidos al de los lubricantes. Así. Se deben inspeccionar las poleas con el fin de verificar la correcta ali­ neación de las mismas y también para detectar la existencia de desgaste anor­ mal. Tradicionalmente. (b) paralela Tipo de polea Ranura en V Dentada Desalineación máxima recomendable en función de la distancia entre centros (C) Paralela: Angular: Paralela: Angular: dmáx = 0.008 c am áx(°) = \. Las cubiertas de protección deben ser inspeccionadas para asegurar la inexistencia de desgaste o daños. esta tarea se realizaba mediante reglas y otros sistemas mecánicos de medida. Las transmisiones por correa sufren calentamiento debido a que son sistemas de transmisión por fricción. Una cubierta desgastada indi­ ca una interferencia con la transmisión. La desalineación angular implica falta de paralelismo en los ejes y puede ser más compleja de resolver. Las desalineaciones máximas recomenda­ bles se muestran en la tabla 4. Tipos básicos de desalineación entre poleas: (a) angular.2. permiten asegurar unos márgenes de desalineación reducidos. gracias a su preci­ sión. Cuando se detecta una desalineación excesiva es necesario realizar una operación de alineación.sobre su eje.4.005-c am áX (°) = 0. En la actua­ lidad existen modernos sistemas de alineación por láser que.5-c(metros) dmáx = 0.75-c(metros) Tabla 4. Por este motivo. Desalineaciones máximas recomendables en poleas - Cubiertas de protección.2. las cubiertas poseen habitualmente . mientras que una cubierta dañada puede suponer un riesgo para la salud. Figura 4. Tam­ bién es recomendable verificar el anclaje firme del motor y la limpieza de sus guías de posicionamiento. la polea 2 debe poder desplazarse (alejándose de la polea 1) hasta una distancia m áxim a X.5. esta polea es desplazada hacia la polea 3 recorriendo la distancia Y. Estas dos distancias máximas l e F so n función de la longitud entre ejes (c) y del tipo de correa. la polea 2 se lleva de nuevo a la posición de la figura 4.2. alterna­ tivamente. Para pretensar la correa. se dispone una polea guía (o tensora) o. en función de la lon­ gitud de la correa (L). En la tabla 4. 4.2. el punto P indica la posición de diseño de la polea 2. las cubiertas de protección deben mantenerse siem­ pre limpias.- orificios para permitir la ventilación. Otros. Por este motivo.5 y en dicha posición correa presenta una tensión cero (aunque tampoco presenta holgura). Una vez instalada. Una cubierta sucia supone una falta de ventilación que puede provocar sobrecargas de temperatura en el sistema co­ rrea-polea. En la figura 4. Con este fin. IN S T A L A C IÓ N D E C O R R E A S Una transmisión por correa debe diseñarse para permitir la instalación y el pretensado de la correa. ya que puede influir en el funcionamiento de la transmisión.3 se muestran los valo­ res recomendados para correas trapezoidales convencionales. se diseña el apoyo de uno de los ejes de forma que se pueda desplazar manualmente una de las poleas en la dirección de la línea de centros. Cuando se desea instalar la correa. Se debe comprobar la correcta alineación y lubricación de cojinetes y rodamientos. . 10500 >10500 15 15 19 51 51 51 63 63 63 76 63 63 63 76 76 90 25 38 51 63 75 90 101 113 127 152 0.6000 6000 . d) Ajustar el tensor para que la correa no quede holgada.1000 1000. Longitudes de carrera del tensor recomendables para correas trapezoidales convencionales La durabilidad de la transmisión por correa depende en gran medida de la cali­ dad del procedimiento de instalación. al menos.3000 3000 . Para ello se puede utilizar un cepillo metálico suave. f) Tensar la correa controlando el pretensado.1500 1 5 0 0 -2 5 0 0 2500 .8500 8 5 0 0 .Longitud de la correa Y Sección Z Sección A 19 19 19 25 25 Sección B 25 25 32 32 38 (mm) Sección C 38 38 38 38 51 51 51 51 51 Sección D Sección E X (mm) (L. etc. un equi­ po de alineación por láser. En efecto. De forma resumida. y en su caso ajustar.5000 5000 . tensiones excesivas (e inútiles) en los sistemas de apoyo de los ejes.3. sin llegar a pretensar.4000 4000 . una instalación inadecuada puede provocar un funcionamiento deficiente caracterizado por un resbalamiento de la correa. c ) Colocar la correa en las poleas. de forma mucho más precisa. e ) Comprobar.015-L Tabla 4. el alineamiento de las poleas. mm) 5 0 0 . un deterioro rápido de correa y polea. siguiendo los pasos que se expli­ can en el apartado siguiente. .7000 7000 . Para ello se puede utilizar una pletina rectilínea o. b) Limpiar las poleas y asegurar que los flancos de los canales están limpios. la instalación de correas debe contar con. los siguientes pasos: á) Aflojar el tensor con las herramientas adecuadas hasta poder retirar la correa que se va a sustituir. En una correa trapezoidal. se puede señalar que la preten­ sión óptima de una correa es la mínima necesaria (con el coeficiente de seguridad adecuado) para que la correa no deslice ante las cargas más elevadas que tenga que soportar (considerando los picos de potencia que vaya a transmitir). la correa verá dis­ minuida su vida inútilmente.6. Como se ha mencionado anteriormente. el más utilizado por su simplicidad en tareas de manteni­ miento es el método fuerza-deflexión. una pretensión correcta es fundamental para el buen funcionamiento de la transmisión: si la pretensión es excesiva. Las primeras requieren una pretensión mayor ya que la fuerza de fricción depende de la fuerza normal entre las superficies de contacto y ésta es función de la tensión de la correa. aunque la pretensión es también crítica en correas sincronizadoras. las correas sincronizadoras no transmiten potencia por fricción. Este método estima la pretensión de la co­ .2. Figura 4. Se utilizan en conjunción con poleas dentadas y el movimiento se transmite a tra­ vés de los dientes de la correa.4. Por otro lado. Por este motivo. mientras que si es demasiado baja se producirá el resbalamiento de la correa sobre la polea. P R E T E N S IÓ N DE C O R R E A S Para la pretensión de correas es importante distinguir entre correas por fricción y correas sincronizadoras. sino que lo hacen por desplazamiento positivo. pues. Así. ésta suele ser únicamente la necesaria para que la fuerza se transmita adecuadamente entre los dientes de polea y correa.3. Método de fuerza-deflexión p ara la determinación de la pretensión de la correa De entre los diferentes métodos que se pueden utilizar para determinar la pre­ tensión de una correa. tras la instalación de una nueva correa es necesario pretensar la misma para que la transmisión de potencia sea posible. Determinar el valor de la fuerza de flexión (F) necesaria para esa deflexión. determinan­ do la tensión de la correa a partir de estos datos. Para simplificar el pretensado.7) se funda­ menta en el hecho de que una correa instalada y pretensada vibra a una cierta fre­ cuencia que depende de su tensión. el método fuer­ za-deflexión consta de los siguientes pasos: a) Medir la longitud del tramo de correa (t ) que se va a utilizar para medir la tensión. Si la transmisión no es nueva.„. Fm ax) para una determinada deflexión estándar (/). Por ejemplo. se necesitará tensar la correa. algunos fabricantes recomiendan pretensar las correas en estos casos hasta que F sea igual a 1.rrea a partir de la medida del desplazamiento (deflexión) de uno de los ramales de la misma ante una fuerza de flexión (figura 4. existen otros métodos más precisos que se basan en el análisis de las ondas sonoras producidas por las vibraciones de la correa. el tensiómetro sónico (figura 4.5 veces el valor de Fm ax. cuando el sistema está detenido. En la actualidad. descrito anteriormente. Si la transmisión es nueva. Si F es menor que Fm . Despreciando la rigidez a flexión de la correa. b ) Determinar la flexión (/) que se va a ensayar (habitualmente / = ti 64 ó / = í/100). Además. la longitud de la correa (L). el área de la sección transversal (A) y el módulo de elasticidad a tracción (F). Sin embargo. la relación entre la fuerza de flexión (F). En general. Considerando todo esto. El método de fuerza-deflexión. c) Presionar con un dinamómetro la correa en el centro del tramo y de forma perpendicular a la misma hasta conseguir la deflexión (/) obtenida en el paso anterior. en este . no es el único existente para determinar la tensión de una correa. la deflexión obtenida (f) y la tensión en la correa (7) involucra diferen­ tes parámetros entre los que se cuenta la longitud del ramal en el que se realiza la medida ((). d) Comparar el valor de F obtenido con los valores máximos y mínimos (Fmm. mientras que si F es mayor que Fm ax. es habitual encontrar que el fabricante incluye coeficientes (tales como el tipo de car­ ga o el diámetro de la polea menor) que reflejan situaciones especiales.6). el fabricante proporciona directamente para cada caso el rango de fuerzas de flexión admisible (Fm in. para el pretensado de una correa. la correa estará demasiado tensa y es necesario aflojarla. no ocurrirá esto aunque se instale una nueva correa. es muy posible que las correas pierdan tensión tras un período de rodaje debido al ajuste de los elementos. Para prevenir una caída de tensión importante. esta deflexión/ se ha fijado en la longitud del tramo (?) dividida por 64 (algunos fabricantes pro­ porcionan datos considerando la longitud del tramo dividida por 100). Fmax) proporcionados por el fabricante para el tipo de transmisión de que se trate. de su masa y la longitud del ramal. utilizando una correa acorde con la potencia que se desea transmitir. existen sistemas de pretensión continua de correas. el resorte reacciona empujando la correa y manteniendo.4. Aparte de lo anteriormente mencionado. Tensiómetro sónico para correas 4. se debe instalar un dispositivo limitador de par (tales como ciertos tipos de acoplamientos) o.último caso. Constituye el fallo final y antes de producirse es habi­ tual que ocurran otros tipos de fallo. . 7. por el contrario. así. Cuando la correa pierde tensión. F A L L O E N T R A N S M IS IO N E S P O R C O R R E A Los fallos más comunes en transmisiones por correa son los que se exponen a continuación: Rotura de la correa. Estos sistemas constan de una polea tensora acoplada a un brazo articu­ lado que es accionado por un muelle. una tensión relativamente cons­ tante en la misma. es recomendable realizar una inspección de la tensión al poco tiempo de ser instalada la nueva correa. Es el fallo más drástico y supone la interrupción de la transmisión de potencia. Figura 4 . Otra posible causa de la rotura instantánea de la correa es la existencia de sobrecargas. El remedio para esta causa de fallo es el rediseño de la transmisión. Las causas que directamente pueden pro­ vocar una rotura en la correa están relacionadas con el dimensionamiento insu­ ficiente (selección inadecuada) de la misma. rediseñar la transmisión para que sea capaz de soportar dichas sobrecargas.2. Si se detecta esta causa de fallo. Por ello. También puede ser debido al depósito de suciedad en la cara interna de la polea. con frecuencia. una mala alineación de las poleas (figura 4. verificación de la alineación de las poleas y comprobación del des­ gaste de las poleas mediante galgas calibradas. Las acciones correctivas cuando se produce un desgaste en las caras paralelas consisten en la búsqueda de una o varias de las causas anteriores: limpieza de las poleas y correa. para evitar la aparición de este tipo de grie­ tas. • Desgaste en las esquinas de la sección de la correa. Debi­ do a la naturaleza de la transmisión (que se realiza por fricción). • Grietas en la cara interior de la correa. a un mal funcionamiento de las poleas tensoras (que. Esto es provocado por una mala selección de la correa. verificación de la pretensión de la correa. . Generalmente se debe a una discordancia entre la sección de la correa y el canal de la polea. Generalmente se debe a los siguientes motivos: diámetros excesivamente pequeños en poleas de transmisión y poleas ten­ soras. Por consiguiente. existencia de deslizamiento entre polea y correa y almacenamiento inadecuado. la utilización de una correa incorrecta o el depósito de suciedad en la polea.- Desgaste excesivo. tales como el uso de una correa incorrecta o la utilización de una polea excesivamente desgasta­ da. lo cual requiere el reemplazo de la misma. la utilización de poleas desgastadas. Puede deberse a diferentes factores. pudiendo ser corregido sencillamente con una elección adecuada. se debe rediseñar la transmisión con diámetros mayores en las poleas. Generalmente se debe a rozaduras con la cubierta de protección o. Otra posible causa es la utiliza­ ción de una polea desgastada. sencilla y consiste en la reparación de los componentes anteriores que provocan el rozamiento. La causa más común de este des­ gaste es el contacto entre dicha cara y la base del canal de la polea (en co­ rreas trapezoidales y poleas en V. • Desgaste en las paredes laterales de la correa. un desgaste excesivo es anormal y puede deberse a causas muy diferentes. Este contacto puede ser debido a diferentes factores. • Desgaste en la cara exterior de la correa. El desgaste es el tipo de fallo más común en correas. si existen. verificación de la utilización de la correa correcta para el tipo de poleas utilizadas. apoyan sobre la superficie exterior de la correa). requiriendo acciones distintas correctivas.4). estas dos superficies no deben contactar). La aparición de grietas es también una causa de fallo común. entre los que se cuenta el resbalamiento de la correa en la polea. Por el contrario. el funciona­ miento de la correa implica necesariamente el desgaste de la misma. un desgaste paulatino es considerado normal y está relacionado con la vida útil de la correa. en general. • Desgaste en la cara interna de la correa. La corrección es. A continua­ ción se analizan las causas más comunes de desgaste en correas trapezoidales. lubricados o reparados. Deben ser revisados. • Ruido fuerte. La acción correctiva consiste en la reubicación de la cubierta para evitar el rozamiento. • Rechinamiento. La causa principal en este caso es la exposi­ ción de la correa a la luz solar directa. se debe general­ mente al rozamiento de la correa con la cubierta de protección que la en­ vuelve. • Ruido de fricción.En caso de que exista deslizamiento. Diferentes ruidos son indicadores de diferentes tipos de fa­ llos. a la utilización de poleas ex­ cesivamente desgastadas o a un diseño inadecuado de la transmisión. desconchada o pegajosa. Finalmente. Este tipo de ruido. Generalmente se debe al resbalamiento de la correa. Como se ha mencionado anteriormente. aparte de la sustitu­ ción de la correa. se debe verificar la contaminación por lubricante. Como otros fa­ llos superficiales anteriormente descritos. Generalmente se debe a un ambiente de trabajo con excesiva temperatura (lo que puede comprobarse durante las inspecciones rutinarias). la transmi­ sión por correa es silenciosa y suave cuando funciona de forma óptima. Las acciones correctivas son similares a las expuestas en los casos anteriores. • Golpes similares a palmadas. este tipo de fallo puede deberse a un resbalamiento de la correa sobre la polea. • Quemado o endurecimiento de las superficies de la correa. • Endurecimiento o agarrotamiento de la correa. Se debe veri­ ficar la tensión de la misma. Ruido en la transmisión. realizar la limpieza. las grietas también pueden aparecer debido a un almacenamiento descuidado. • Chirrido. Un sonido anormalmente fuerte puede deberse al uso de una correa incorrecta. muy característico. A continuación se exponen algunos de los más comunes. Puede deberse a una holgura excesiva de la correa (pretensión menor que la requerida) o a un mal alineamiento de las poleas. a un desgaste excesivo en las poleas o al depósito de su­ . Generalmente se debe a fallo en los cojinetes o rodamien­ tos. Los lubricantes degradan el material con el que está hecho la correa y provocan la apari­ ción de estos tipos de fallo superficial. • Superficie de la correa abultada. Generalmente se debe a la contaminación de la transmisión por lubricante. realineados. y eliminar la fuente de la contaminación. Para solucionar este problema se debe mejorar la ventilación del entorno de trabajo. que endurece el material de la correa y debe evitarse en todos los casos. Si se produce. se debe asegurar la tensión adecuada de la correa. Los rui­ dos son síntomas de que algo está funcionando mal y pueden servir para preve­ nir fallos mayores. ) que soportan los ejes de las poleas. También es posible que se produzca retorcimiento cuando se utilizan poleas muy desgastadas o se utilicen correas incorrectas. Aparte de los fallos ante­ riores. Entre ellos figuran los siguientes: • Desgaste prematuro de dientes. En cualquiera de los casos. roda­ mientos. Retorcimiento o salida de las correas respecto de las poleas. etc. polea dentada desgastada o dañada. interferencia (rozamiento) entre la correa y otro elemento ajeno a la transmisión. carga excesiva o sobrecarga e incluso suciedad de­ positada en correa y poleas. lo cual puede solucionarse con las adecuadas cubiertas de protección. Finalmente. la salida de la correa está aso­ ciada a la avería del elemento de pretensión de la misma. mala calidad superficial del den­ tado de la polea. poleas mal alinea­ das. Se debe verificar su buen funcionamiento. puede ocurrir tanto en transmisiones con una única correa como en transmisiones con correas múltiples. Este tipo de fallo. desgaste excesivo de la polea dentada. • Seccionado de dientes. po­ leas mal alineadas o correa destensada. Problemas específicos de correas sincronizadoras. perfil dentado de la correa incorrecto para el perfil dentado de la polea.ciedad en la transmisión. Algunas de las causas más comunes de la pérdida de dientes en correas dentadas son las siguientes: golpes bruscos en la car­ ga. • Vibraciones. La aparición de vibraciones en correas sincronizadoras puede deberse a que el perfil dentado de la correa no corresponde con el perfil dentado de la polea. ángulo de abrazamiento demasiado pequeño o paso de correa excesivo). Otra causas de este fallo es la existencia de golpes en la carga o vibraciones. También puede deberse a la existencia de ma­ teriales extraños en el canal de las poleas. . Las causas posibles son numero­ sas. otra causa posible es el fallo en los apoyos (cojinetes. muy común. También es posible que la tensión de la correa sea in­ adecuada o a que se hayan aflojado los elementos de fijación de la polea. se debe localizar la fuente de ruido y determinar su causa. perfil dentado de la correa no correspondiente al perfil dentado de la polea. Una de las principales es la mala alineación de las poleas y puede corregirse con el procedimiento de alineación. En ocasiones. las correas dentadas son susceptibles de sufrir otros tipos de fallos debido a su naturaleza. Su verificación y corrección se basa en la comprobación y sustitución en caso de que sea necesario. Puede deberse a numerosas causas: tensión inadecuada (excesivamente alta o excesivamente baja). número de dientes en contacto demasiado pequeño en alguna polea (lo que implica polea demasiado pequeña. En condiciones óptimas de funcionamiento poseen un rendimiento elevado (del orden de 98%). con una transmisión por ca­ dena se puede transmitir una amplio rango de potencias (desde potencias mí­ nimas hasta superiores a 200 kW para cadenas individuales). MANTENIMIENTO DE CADENAS Las cadenas son sistemas de transmisión de potencia similares a las correas en los que las poleas son sustituidas por ruedas dentadas.3. etc. Pueden funcionar a velocidades de paso elevadas (hasta 40 m/s). espacio de montaje. Considerando la gama y los tamaños fabricados. Permiten obtener relaciones de transmisión elevadas (de hasta 10:1 e incluso superiores).Todos los fallos anteriormente expuestos pueden prevenirse con la inspección periódica de la correa. su - - - . Algunas de estas características son las siguientes: Poseen una larga duración (incluso por encima de 15. las transmisiones por cadena se sitúan en una posición intermedia entre las transmisiones por correa y los engranajes.. Esto supone la gran dife­ rencia entre correas y cadenas: en las correas el movimiento se transmite por fric­ ción (salvo en correas sincronizadoras) mientras que en las cadenas el movimiento se transmite por desplazamiento positivo. de forma que se incluya su sustitución en el programa de mantenimiento de la máquina. necesidad de mantenimiento. Los dientes de las ruedas se introducen en los orificios de la cadena de forma que la rotación de la rueda es necesariamente solidaria con el movimiento de la cadena. casquillos y pernos. se debe tener en cuenta la información proporcionada por el fabricante relativa a la vida útil de los elementos de la transmisión (fundamentalmente la co­ rrea). 4. lo que es consecuencia de que ésta se realiza por desplazamiento positivo. Debido a sus características de capacidad de transmisión de potencia.000 horas de funcio­ namiento) si se han seleccionado correctamente para la aplicación a la que van destinadas. La transmisión del movimiento está prácticamente sincronizada. Además. Gracias a la ductilidad de los elementos de la cadena y a la capa de lubricante entre rodillos. La transmisión presenta una relativa flexibilidad que permite absorber y ais­ lar las cargas de choque o impacto. superior al de las correas en las que se disipa mayor can­ tidad de energía debido a la fricción. Cualquier inspección que refleje un posible fallo severo en un corto plazo debe desembocar una acción correctiva hacia la prevención. posteriormente se les practica un granallado para aumentar su resistencia a fatiga. Su instalación es sencilla y su mantenimiento también. Los pernos (figura 4. en ocasiones. sino que fluctuará alrededor de un valor medio. Por este motivo. Permiten transmitir potencia entre ruedas a grandes distancias. Permiten transmitir potencia entre varios ejes. Las cade­ nas de rodillos (figura 4. de forma similar a las correas. se les puede practicar un tratamiento térmico especial para mejorar la resistencia al desgaste y la calidad de la superficie. Existe una amplísima variedad de tipos de cadenas con finalidades diferentes. Los más utilizados en maquinaria industrial para transmisión de potencia son bási­ camente dos: las cadenas de rodillos y las llamadas cadenas silenciosas.9). . las mallas interiores y exteriores (figura 4. En estas situaciones son insensibles al calor y a la luz solar directa. Cuenta con elementos muy estandarizados. debido a que el lado relajado de la cadena no requiere ninguna tensión. los rodi­ llos son fabricados con precisión practicándosele un tratamiento para el endureci­ miento superficial. al contrario que las correas. no lo hace con radio constante (como correspondería a una circunferencia).- - comportamiento presenta cierta elasticidad que le proporciona esta caracte­ rística.8) se fabrican igualmente en acero y suelen remacharse a las mallas exteriores formando una unión permanente que no se afloja por la acción del arrastre. si el piñón que acciona la cadena se mueve con velocidad angular constante. En este tipo de cadenas. Los casquillos se fabrican en acero y. la velocidad de paso de la cadena no será constan­ te. Un efecto desfavorable que se produce en la transmisión por cadena es el lla­ mado efecto cuerda (figura 4. lo que permite el intercambio de piezas de forma fácil y económica. No se deterioran durante el desuso si están lubricadas. del piñón). Es debido a que la línea de paso del piñón de la cadena no forma una circunferencia sino un polígono con tantos lados como dien­ tes tiene el piñón. Permiten la realización de transmisiones con poca envoltura (es decir. cuando la línea (o cuerda) de paso de la cadena se enrolla en el polígono de paso. Finalmente. sino que este radio varía dependiendo de la posición del polígono (es decir.8) suelen ser fabricadas con aceros templados de primera calidad y. La carga en los cojinetes de apoyo de los ejes es menor que en el caso de co­ rreas. con pequeño ángulo de abrazamiento) a uno de los piñones. durante la fabricación. Así.8) son la evolución de las antiguas cadenas de casquillos a las que se les ha añadido un rodillo suplementario de protección sobre cada casqui11o con el fin de reducir el desgaste y el ruido. Ade­ . el efecto cuerda es especialmente notorio y nega­ tivo en ruedas con pocos dientes. Produce pulsaciones en la cadena y provoca ruido y vibración. lo que está asociado a una disminución de la vida de la misma.Dado que el polígono de paso se parece tanto menos a una circunferencia cuan­ to menor sea el número de lados. reducen en mayor o menor medida la vida de la cadena. aunque algunas de ellas se utilizan habi­ tualmente. este efecto reduce la capacidad de transmisión de potencia (para una mis­ ma vida útil) y el rango de velocidades de la cadena. las condiciones de funcio­ namiento siguientes: Velocidades de operación lentas y carga suave. distancia entre centros ajustable. la recomen­ dación general consiste en evitar utilizar piñones con pocos dientes y. es importante asegurar unas condiciones de trabajo óptimas con el fin de prolongar al máximo la vida de la cadena. dado que los pulsos incrementan su frecuencia con la velocidad de rotación de la rueda. Inversión de la carga durante el funcionamiento. Ambiente de funcionamiento sucio o polvoriento. Buena lubricación. En tareas de mantenimiento. es recomendable prestar una atención especial a varios aspectos. en los procedimientos de sustitución de ruedas dentadas o de la cadena. Así. Cargas de impulso y choque.1. Ruedas dentadas excesivamente grandes. Existencia de piñones pequeños en la transmisión. Relación de transmisión moderada. Así. Lubricación pobre. Entre ellos se pueden considerar los siguientes: .3. Existencia de más de dos ruedas en la transmisión. en cualquier caso. 4. De la misma forma y siempre que sea posible se deben evitar las siguientes condiciones de funcionamiento ya que. en la medida que sea posible. En este sentido.más. permitiendo que ambas ruedas sean grandes y posean un gran número de dientes en contacto. especialmente si existen pocos dientes en contacto con la cadena. IN ST A L A C IÓ N D E C A D E N A S La vida útil de una cadena depende en gran medida de si la transmisión se ha instalado correctamente o no. En el diseño de una transmisión de cadena se utilizan factores de servicio que aseguran la vida de la cadena frente a diferentes condiciones adversas para su fun­ cionamiento. nunca inferior a 17. En cadenas muy largas. se debe tratar de conseguir. Además. Las ruedas dentadas deben estar provistas de los adecuados sistemas de ubi­ cación axial. Para ello. Alternativamente se pueden utilizar sistemas basados en el posicionamiento mediante dispositivos láser para la alineación de poleas y cade­ nas.10). La tensión de la cadena debe ser la ideal. Los ejes deben ser perfectamente paralelos ya que los sistemas de transmi­ sión por cadena no son adecuados para ninguna otra configuración. un movimiento pulsante y la posibilidad de que la cadena se salga. - - . es recomendable que los ejes estén dispuestos horizontalmente. Conectar los extremos libres mediante el eslabón de conexión o pasador dis­ ponible. Los ejes deben estar bien sujetos. Montar las ruedas dentadas en los ejes y realizar su alineación mediante una regla apoyada en los lados planos de las ruedas. tal como se muestra en la figura 4. Girar las ruedas y comprobar todas las alineaciones desde el primer paso hasta que no se aprecien movimientos de desalineación. para evitar movimientos axiales que provoquen la desalineación de las ruedas dentadas. si fuera necesario Repetir los dos pasos anteriores hasta que al ejecutarlos ya no se produzcan cambios en la posición de los ejes. Debe procurarse espacio suficiente entre la cadena y los objetos circundantes para asegurar que no habrá contacto. descritas anteriormente. mediante los rodamientos adecuados. desplazar la parte móvil disminuyendo la distancia entre centros. Alinear los ejes horizontalmente mediante un nivel de burbuja (figura 4. Asegurar axialmente las ruedas dentadas en los ejes con el sistema de fija­ ción pertinente. Colocar la cadena abrazando las ruedas llevando los dos extremos libres jun­ tos en una misma rueda.10. Estos sistemas deben ser suficientemente consistentes para evi­ tar la desalineación durante la transmisión de potencia. lo que repercute en una mayor vida útil de la cadena. Una cadena excesivamente tensa provoca cargas inútiles en los apoyos de los ejes.- - - - - La bancada de la máquina debe ser suficientemente consistente para soportar los esfuerzos derivados de la transmisión de potencia a través de la cadena. Asegurar el paralelismo de los ejes mediante una barra palpadora. El procedimiento de instalación sigue unos pasos destinados a conseguir las condiciones de funcionamiento óptimas. Por el contrario. Estos sistemas proporcionan una alineación mucho más precisa. una cade­ na excesivamente aflojada provoca una operación ruidosa. Este alargamiento inicial es causado por el asentamiento y ajuste de las piezas que componen la cadena. carriles guía. transmisiones pesadas o ejes en posi­ ción vertical. alternativamente.- Desplazar la parte móvil para tensar la cadena. En éste. se debe asegurar el buen estado y la limpieza de estos elementos. se recomienda una flecha máxima (distancia máxima entre la curva que forma la cadena y la línea tangente que formaría si tuviera ten­ sión) entre el 1% y el 2% de la distancia entre ejes. . Las cadenas no precisan de pretensión durante la instalación. Las cadenas nuevas suelen sufrir un período de rodaje en el cual se detecta un cierto alargamiento que es mucho mayor que el que puede ocurrir en el resto de vida útil de la cadena. por ello. la transmisión suele contar con ruedas de apoyo para soportar la ca­ dena o. En caso de grandes distancias entre ejes. Durante la instalación. se debe asegurar la existencia de una pequeña flexión (o curvado de la cadena) en el ramal que no transmite potencia. 2. Finalmente. es necesario realizar un procedimiento de ajuste de la tensión. En una situación en que la cadena no se lubrica nunca (1). Una única lubricación (2) retrasa este desgaste acelerado durante un cierto tiempo. El desgaste produce holguras en estas articulaciones. pero éste termina sobreviniendo. el alargamiento es función de la calidad del sistema de lubricación. por la utilización de un lubricante de baja calidad. que puede venir provocado por una escasez momentánea de lubricante. el funcionamiento en seco provoca el desgaste acelerado con el tiempo de utilización de la cadena. Una lubricación defectuosa (4) se traduce en un desgaste irregular. en la figura 4.Por este motivo. Cuando la cadena pasa por las ruedas. este valor decrece paulatinamente con el tiempo de utilización.12 se muestra la curva aproximada de decrecimiento del rendimiento para una transmisión en la que se realiza exclusivamente una lubrica­ ción inicial.3. Un programa de mantenimiento periódico. en la figura 4. Como ejemplo. sino también en el rendimiento de la transmisión. maximizando la vida útil de la cadena. los movimientos relativos entre pernos y casquillos dan lugar al desgaste de las articulaciones. La lubricación manual (3) provoca un desgaste en forma de diente de sierra. Por tan­ to. lo que se traduce en un alargamiento de la cadena. Posterior­ mente. ya que el desgaste se reduce cuando se aplica la lubricación y crece bruscamente cuando ésta se ha per­ dido (que es cuando se requiere una renovación de la misma). si no se mantiene la lubricación óptima. Sin embargo. Se observa que independientemente de la calidad del sistema de lubricación. . Como se ha comenta­ do anteriormente. así como un lu­ bricante y tipo de lubricación adecuados. son requisitos importantes para conseguir una duración prolongada de la cadena. tras un cierto período de rodaje. Así. L U B R IC A C IÓ N D E T R A N S M IS IO N E S P O R C A D E N A La resistencia al desgaste de una cadena está relacionada de manera fundamen­ tal con la lubricación. cuando se instala una cadena nueva. Se observa cómo en aproximadamente 80 horas de funcionamiento el rendimiento puede haber descendido hasta un 90%. por un exceso de suciedad en el lubricante o por la utilización de un grado de viscosidad inadecuado. la cadena no volverá a alargarse/aflojarse durante un largo tiempo si cuenta con el mantenimiento y la lubricación adecuados.11 se muestran las curvas de alargamiento temporal para diferentes siste­ mas de lubricación. 4. Pero la lubricación no influye exclusivamente en el desgaste y alargamiento de la cadena. la lubricación óptima (5) retrasa el alarga­ miento por desgaste. una cadena con un adecuado sistema de lubricación posee un rendimiento elevado cercano al 98%. la cadena sufre un cierto alargamiento correspondiente al período de rodaje en el que las piezas se ajustan. Algunas de las más importantes son las siguientes: . Alargam iento estimado de la cadena en función del tiempo para diferentes tipos de lubricación Oh 20h 40h Tiempo de funcionamiento (horas) 60h 80h Figura 4. la lubricación es esencial por las funciones que realiza en la misma.Figura 4.12. Evolución del rendimiento de una transmisión por cadena con el tiempo de funcionam iento tras una lubricación puntual En una transmisión por cadena.11. por lo que son más adecuadas para determinadas aplicaciones. Este efecto. el lubricante debe ser conducido a través de un filtro que elimina las partículas del circuito. Es la función principal. Así.4 se muestran las recomendaciones de viscosidad en función de la temperatura para cadenas de rodillos. en la cadena se produce calor que puede llegar a afectar a la vida de las piezas de metal que la compone. La película de lubricante que se inserta entre las piezas que transmiten la carga a lo largo de la cadena proporciona un colchón flexible ca­ paz de amortiguar (en cierta medida) las cargas de choque que se produzcan du­ rante el funcionamiento de la transmisión. unido a la flexibilidad de las piezas de la cadena.- - - - Lubricación. Refrigeración. Amortiguamiento. En casos de suciedad extrema. En general. La selección de la viscosidad del lubricante es un factor importante en el man­ tenimiento óptimo de las cadenas. una . Limpieza. Por este motivo. la limpieza es fundamental y esta función del lubricante resulta esencial. El papel del lubricante en transmisión de cadenas es tanto más importante cuan­ to mayor sea la velocidad de la cadena y la potencia transmitida. En aplicaciones de alta temperatura o velocidad extrema se suele colocar un sistema de refrige­ ración del lubricante para aumentar su capacidad de disipación de calor. por ejemplo. la importancia de la lubricación es tan pequeña que la cadena puede funcionar óptimamente con una lubricación mínima. La existencia en las cadenas de numerosas partes metálicas someti­ das a presión unas contra otras provoca que cualquier partícula que acceda al sistema pueda generar una abrasión importante. En la tabla 4. hace que las transmisiones de cadena sean considera­ blemente más flexibles que las transmisiones por engranajes. Trata de evitar el contacto metal-metal que se podría producir entre las partes móviles de la misma mediante la forma­ ción de una película de lubricante. el sistema de aplicación en la cadena también es fundamental para la vida de la misma. El baño en lu­ bricante produce la refrigeración de los elementos de la cadena. Debido al rozamiento. Para bajas veloci­ dades y pequeñas potencias. Temperatura (°C) Entre -18 v -7 Entre -7 y 5 Entre 5 y 38 Entre 38 y 50 Entre 50 y 60 Lubricante recomendado SAE 10 SAE 20 SAE 30 SAE 40 SAE 50 Tabla 4. Viscosidad de lubricante recomendada p ara cadenas en función de la temperatura Aparte de la selección del lubricante adecuado.4. se recomienda que la temperatura de la cadena no supere los 80°C. además de una cierta pérdida de po­ tencia. El nivel de lu­ bricante debe ser tal que durante el movimiento llegue hasta la línea de paso de la cadena. En este tipo de lubricación. Estos discos se impregnan de aceite durante su rota­ ción y luego lo expulsan por la acción centrífuga. es la lubricación gota a gota (o por goteo). En este caso. - .13c). aunque posee presta­ ciones un poco mayores. es necesario advertir que lo importante es que el lubricante penetre en la interfase entre el casquillo y el perno (figura 4. Cuando se utiliza este método.13a) o una bomba manual con gotero. Incluso en condiciones óptimas. En lubricación manual o por goteo. Lubricación por baño de aceite.13b). teniendo siempre en cuenta que cuanto mayor es la velocidad. si su velocidad es muy elevada (superior a los 10 m/s) ya que a estas velocidades la cadena expulsa hidrodinámicamente el lubricante de su paso sin permitir que éste penetre en la interfase de las piezas. se debe asegurar siempre que el lubricante impregna completamente la cadena. aún cuando la cadena circule a través de un baño de aceite. Los sistemas habituales son fundamentalmente cuatro. mayores deben ser las presta­ ciones del sistema de lubricación. el volumen y la frecuencia deben ser suficientes para evitar el cambio de co­ lor del lubricante en los nudos de la cadena. Pero. el caudal debe ser suficiente para asegurar la no decoloración del lubricante. Se realiza periódicamente y es aplicada mediante una brocha (figura 4. en gene­ ral. estos sistemas de lubricación solamente son adecuados para transmisiones de pequeñas potencias a velocida­ des bajas. se recomienda lubricar cada 8 horas de funcionamiento. por lo que el goteo del lubricante debe ser aplicado entre las mallas in­ terna y externa. la parte más baja de la cadena pasa a través de un baño de aceite que suele depositarse en la parte inferior de la carcasa de protección de la cadena (figura 4. Otro sistema de lubricación considerado también manual.cadena puede destruirse de forma acelerada. En ocasiones se colocan discos centrífugos en la rueda que está parcialmente inmersa en el lubricante. Existen sistemas de lubricación adecuados para distintas velocidades. Al igual que en el caso manual. salpicando la cadena directa­ mente o bien salpicando la carcasa que luego gotea sobre la cadena cayendo por unas regletas de goteo. En esta va­ riante el suministro de lubricante es continuo mediante un sistema que gotea so­ bre la cadena. Una inmersión mayor de la cadena provoca un calentamiento innece­ sario y la oxidación rápida del lubricante. que se exponen a continuación ordenados de menores a mayores prestacio­ nes: Lubricación manual. Una pequeña bomba succiona el lubricante de este depósito haciéndolo pasar por un filtro y lo proyecta a presión sobre la cadena a través de un pequeño tubo que termina en una boquilla. de la velocidad de la cadena y del calor que se desee disipar. Sin embargo. así.(a) Lubricación manual (b) Lubricación por goteo (c) Lubricación por baño Figura 4. Si la carga de la ca­ dena fuera muy elevada podría ser necesario un segundo tubo de proyección so­ bre el tramo cargado de la cadena para su refrigeración.13d). el sistema cuenta con un depósito en el que se recoge el lubricante que cae de la cadena (figura 4. existen varias boquillas que pulverizan el lubricante en go­ tas minúsculas al ambiente encerrado por la carcasa de la cadena. Se forma.13. la disposición del sistema es parecida a la de lubricación forzada. Lubricación por pulverización. La lubricación por circulación forzada debe utilizarse en los casos en los que la transmisión esté sometida a cargas elevadas y/o grandes velocidades. En este caso. El caudal de lubricante bombeado depende del ta­ maño del accionamiento. en lugar de proyectar sobre la cadena el lubricante. Tipos de sistemas de lubricación p ara transmisiones de cadena Lubricación por circulación forzada. El lubricante debe proyectarse sobre la cadena en la cara interior del tramo que no lleva carga. En este caso. una niebla de lubricante que la impregna uniformemente. ya que de esta forma se asegura la penetración del mismo en las interfases de las piezas que presentan movimiento relativo. penetrando en cada ar- . tal como se muestra en la figura 4. Teniendo esto en cuenta.14. se puede establecer que existe propor­ ción entre la potencia. El gráfico se ha dividido en cuatro áreas que se corresponden con los cuatro sis­ temas básicos de lubricación. la selección del sistema de lubricación adecuado para cada aplicación responde a la potencia que se necesite transmitir. Como el paso de la cadena determina su tamaño y éste debe ser proporcional a la tensión soportada. la velocidad y el paso de la cadena. Debe considerarse que el sistema anterior al que figura entre paréntesis es siempre preferible al sistema indicado entre paréntesis. el sistema de lubricación necesario para cada transmisión es función de la veloci­ dad de paso y del tamaño de la cadena. Figura 4.ticulación de la misma. En cada área se propone un sistema como el óptimo y otro alternativo entre paréntesis.14. El exceso de lubricante va goteando y llegando de nue­ vo al depósito de recolección. Sistema de lubricación recomendado en función de la velocidad de la cadena y del tamaño de la misma . En transmisiones por cadena. La potencia transmitida es el producto de la velocidad de paso de la cadena por la tensión de la misma en el tramo cargado. etc. si existe suciedad en la cadena ésta penetrará en las articula­ ciones produciendo abrasión. - . si la potencia transmitida no es elevada y la velo­ cidad es baja. la existencia o no de una carcasa de protección de la transmisión. Por otro lado. Por el contrario. La frecuencia de realización de tareas de mantenimiento depende de varios factores entre los que se encuentran la severidad de la utilización de la transmisión. es porque la longitud de cada eslabón se ha incrementado y ya no coincide exactamente con el paso del piñón. por lo tanto. El mantenimiento debe ser periódico y. en función del número de dientes de la rueda en la que se realiza la medida. La presencia de suciedad adherida en el alojamiento de los rodillos de la cadena obliga a la cadena a incrementar su paso al pasar por la rueda (de forma similar a si la rueda fuese construida con un paso ligeramen­ te superior al de la cadena). Limpieza. con el tiempo.4. Esto puede verificarse estirando manualmente de la cadena en uno de los piñones. las cadenas presentan un funciona­ miento óptimo y poseen una larga vida útil si cuentan con un mantenimiento ade­ cuado. la suciedad del ambiente. provocando deficiencias en la transmisión y deteriorándose la cadena y el piñón rápidamente. La limpieza en una transmisión por cadena es fundamental para con­ seguir una larga duración. lo que conlleva un desgaste acelerado. Las tareas básicas que se deben realizar durante la sesión de mantenimiento de una transmisión por cadena son las siguientes: Verificación de la tensión y el alargamiento de la cadena. Su uso hace que la cadena tienda a saltar sobre los dientes del piñón más pe­ queño. Una forma de estimar mediante es­ te procedimiento el alargamiento porcentual de la cadena consiste en medir la holgura radial (h) en un piñón o rueda que sea abrazado por la cadena aproxi­ madamente 180°. En el gráfico de la figura 4. M A N T E N IM IE N T O D E T R A N S M IS IO N E S P O R C A D E N A Como cualquier otro elemento mecánico. Aún con la lubri­ cación adecuada. Si la ca­ dena tiende a despegarse de los dientes de la rueda (existiendo una holgura ra­ dial patente). se puede llegar a una situación de alargamiento excesivo que exija un reemplazo total de la misma.16 se muestra la relación entre h/p (siendo p el paso) y el alargamiento de la cadena. debe ser incluido en el pro­ grama de mantenimiento de la máquina.3. Si la cadena transmite una potencia elevada o si se requiere que su movi­ miento sea de precisión entonces el mantenimiento es fundamental para el buen funcionamiento. la cadena sufre desgaste y alargamiento por lo que. se puede relajar el mantenimiento sin que la vida de la cadena se vea afectada enormemente. Cuando la cadena ha sufrido un alargamiento excesivo ya no puede ser repara­ da.15.3. tal como se muestra en la figura 4. resultando en un alargamiento acelerado de la cade­ na. 15. para ángulos de abrazamiento aproximadamente iguales a 180° La limpieza debe iniciarse eliminando la suciedad gruesa adherida en el exterior de la cadena.16. petróleo. la holgura radial y el número de dientes de la rueda.). Representación del alargamiento fren te al paso de la cadena.Figura 4. A continuación. empleando un cepillo duro o una carda de acero. etc. para eliminar la suciedad de las par- . Comprobación del alargamiento de la cadena N úm ero de dientes de la rueda Figura 4. Esto puede reali­ zarse con la cadena montada o desmontada. Luego se debe limpiar la cadena in­ troduciéndola en un disolvente para limpieza de metales (gas-oil. gasolina para lavado. para eliminar la suciedad de las partes internas. Pos­ teriormente se envolverá en un papel grueso resistente a la grasa y se depositará en un lugar limpio. limpiar las ruedas y colocar las que hayan sufrido un desgaste excesivo. a presión o por pulverización).3. Si el lubricante está muy degradado se debe proceder a la sustitución del mismo. . se recomienda su permanencia en la máquina cubriéndolas con grasa de protección.). Cuando se detecta un desgaste excesivo. se debe prestar especial atención al alojamiento de los rodillos. ya que la suciedad en ellos produce el alargamiento acelerado de la cadena. Para favorecer la limpieza en este baño. Verificación de la alineación de las ruedas dentadas. La finalización del proceso se detecta cuan­ do la cadena ya no produce ninguna sensación de rascado cuando se mueven las articulaciones. seco y libre de agentes químicos. En cuanto a las ruedas dentadas.- - - solina para lavado. se deben limpiar las ruedas cepillándolas y mojándolas con disolvente hasta que queden perfectamente limpias. verificando las superficies por las que rueda el rodillo y los flancos. Verificación dei desgaste de ruedas y piñones. Este examen debe realizarse siempre tras la limpieza de la rueda. etc. se debe comprobar la alineación de las mismas. Aparte de la cadena. se sumerge en el disolvente durante 24 horas. Verificación del estado del lubricante. A continuación. De esta forma se ablanda la suciedad y los restos de lubricante endurecido que existe en las articulacio­ nes. Durante la sesión de mantenimiento de la transmisión se debe inspeccionar el estado del lubricante (en los casos de lu­ bricación por baño. y la transmisión es en un único sentido. La grasa de todos los elementos debe ser limpiada y eliminada en la nueva puesta a punto de la máquina. Si el desgaste es moderado. prolongando su vida útil. es conveniente agitar de vez en cuando la cadena de un lado a otro. la rueda debe ser reemplaza­ da.1) Durante largas paradas se deben proteger las cadenas para evitar su deterioro. Para ello se puede seguir un pro­ cedimiento similar al descrito para la instalación de transmisiones por cadena (véase el apartado 4. Es recomendable desmontar la cadena y cubrirla con una grasa de protección. se debe comprobar el estado de ruedas y piñones. se puede dar la vuelta a la rueda para que trabajen las superficies opuestas de los dientes. Tras desmontar la ca­ dena. Cuando se desmonta la trans­ misión para realizar el mantenimiento. Tal como se ha descrito an­ teriormente. Una rueda con un desgaste moderado no debe utilizarse nunca con una ca­ dena nueva ya que esta última será rápidamente dañada por la imperfección geométrica de la primera. Durante el examen de ruedas y piñones se debe prestar especial atención al den­ tado. según se describe en el capí­ tulo 2. tales como turbinas de vapor. INTRODUCCIÓN Los sistemas mecánicos de apoyo proporcionan al eje que soportan libertad de movimiento según uno o varios grados de libertad. existen casos especiales que inclinan la balanza . Sin embargo. Las superficies de los dos ele­ mentos -el elemento portante y el elemento soportado. Los cojinetes (también llamados cojinetes de fricción) utilizan generalmente un lubricante que se interpone entre las dos partes evitando el contacto metal-metal. lo que genera fricción entre ambas. El tipo de sistema de apoyo a utilizar (cojinete o rodamiento) en una determina­ da aplicación depende de diversas consideraciones entre las que figuran: la veloci­ dad. En la tabla 5. etc. sobrecargas térmicas.1 se muestra una comparación cualitativa entre sus características. etc.MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE APOYO DE EJES 5. Los rodamientos. incremento de potencia consumida. el espacio disponible. Los rodamientos (también llamados cojinetes de rodamiento) reducen el roza­ miento colocando elementos rodantes entre las dos partes y transmitiendo la fuerza de sustentación a través de contactos de rodadura en vez de contactos de desliza­ miento. La reducción del rozamiento se consigue debido a que la resistencia a la rodadura es mucho menor que la resistencia al deslizamiento. El objetivo primordial de los sistemas de apoyo es reducir al máximo esta fricción y sus consecuencias (des­ gaste. Aunque la finalidad es la misma. siendo sustituido por la fricción viscosa del lubricante que es mucho menor y no deteriora las partes. los cojinetes lubricados están indicados para grandes máquinas que operan a alta velocidad con cargas elevadas.1. En general. los cojinetes y rodamientos presentan caracte­ rísticas muy diferentes que los hacen indicados para diferentes aplicaciones. por el contrario. Así el rozamiento seco entre las partes se elimina. la carga. La carga se transmite desde una parte a la otra a través del fluido lubricante. están especialmen­ te indicados para aplicaciones con velocidades hasta moderadas y cargas hasta incluso elevadas. Existen dos categorías fundamentales bien diferenciadas de sistemas de apoyo: cojinetes y rodamientos.). los rodamientos también suelen ir lubricados con lo que el rozamiento es llevado a niveles mínimos.son presionadas una contra la otra por las fuerzas derivadas de funcionamiento de la máquina y también por las fuerzas gravitatorias. Pero además. También es imprescindible el uso de rodamientos cuando la máquina no dispone de un sistema de lubricación (excepto en máquinas pequeñas. en las que se pueden utilizar cojinetes no lubricados). Así. es recomendable el uso de rodamientos cuando se requiere un posicionamiento preciso del eje (ya que en cojinetes la holgura radial permite que éste se mueva).hacia el uso de un determinado sistema independientemente de otras consideracio­ nes. Comparación cualitativa de características de cojinetes y rodamientos Dentro de cojinetes y rodamientos existen tres subtipos fundamentales según el movimiento relativo entre las partes y el tipo de carga. de rotación) soportando diferentes tipos de carga. opcionalmente axiales. Los cojinetes o rodamientos radiales permiten un movimiento relativo de rotación soportando cargas radiales y. cigüeñal) Coste Dureza requerida en el eje Peso Rigidez requerida en el aloja­ miento Influencia de la fatiga en la vida del elemento Criticidad de la lubricación Ruido en operación Tolerancia a la flexión del eje Tolerancia a partículas de sucie­ dad Espacio longitudinal requerido Espacio diametral requerido Fricción a baja velocidad Fricción a alta velocidad Holgura radial Cojinetes de fricción Sencillo (cojinetes partidos) Relativamente bajo Elevada Relativamente bajo Elevada M uy baja Muy elevada Ninguno Elevada Elevada M ayor que en rodamientos Pequeño Elevada Moderada M ayor que en rodamientos Rodamientos Imposible Relativamente elevado Baja Relativamente elevado Baja Elevada Relativamente baja M ayor que en cojinetes Baja (excepto rodamientos especiales) Baja Pequeño M avor que en cojinetes Muy baja Relativamente elevada Pequeña Tabla 5. Finalmente. en ciertos casos.1. las guías permiten un movimiento relativo de traslación (y. Característica Ensamblado en configuraciones extrañas (por ej. Los cojinetes o rodamientos de empuje permiten un movi­ miento relativo de rotación soportando cargas exclusivamente axiales. . que consti­ tuye el cojinete propiamente dicho. El sistema se monta y desmonta con facilidad y permite de forma sencilla la limpieza. T IP O S D E C O JIN E T E S Existen muchos tipos de cojinetes de fricción atendiendo a diferentes clasifica­ ciones.2. MANTENIMIENTO DE COJINETES DE FRICCIÓN 5.2. siendo sustituido en la siguiente operación de mantenimiento. E L E M E N T O S D E U N C O JIN E T E D E F R IC C IÓ N Los cojinetes de fricción existen en una gran multitud de configuraciones. en muchos casos se utiliza un elemento intermedio -e l casquillo.2.5. existen otros sistemas de posicionamiento para evitar el movimiento tales como orejas y resaltes. existiendo una superficie de fricción entre ellos.1. En la figura 5. en la zona de pre­ sión. inspección y sustitución de los componentes dañados. formando una pelí­ cula que evita el contacto entre las partes. Cada uno de estos tipos presenta unas ventajas que lo hacen indicado para determinadas aplicaciones. siempre es el casquillo el que acusa el daño. .1 está especialmente indicado para facilitar el mante­ nimiento. Sin embargo. el casquillo suele fabricarse con materiales más blandos. éstos y el soporte cuentan con un taladro donde se coloca un tomillo de posicionamiento Aparte de éste. Para evitar movimientos no deseados en los casquillos (tanto axiales como de rotación).2. De esta forma. con el fin de mejorar la mantenibilidad del con­ junto. tanto el soporte como el eje (elementos más caros) cuentan con una larga vida útil. el lubricante entra (generalmente por grave­ dad) a la interfase eje-casquillo a través de un orificio superior. Co­ mo mínimo siempre cuentan con un eje y un soporte. El lubricante viaja a lo largo de la inter­ fase y va saliendo lentamente por las caras laterales del cojinete. Mientras que el eje y el soporte se fabrican con materiales de gran dureza (gene­ ralmente acero). 5. cuando se produce un deterioro del cojinete. El montaje de la figura 5. En este caso.1 se muestra un cojinete radial hidrodinámico de casquillo partido que se coloca sobre un soporte también partido y cerrado por 4 tomillos. Por el contrario. . a las vibraciones externas y a la existencia de suciedad.1. produciéndose contacto entre las partes en ausencia de éste. El rango de temperatura de funcionamiento suele ser amplio en este tipo de co­ jinetes. estos lubricantes no requieren un aporte continuo de lubricante y pueden funcionar durante largo tiempo de forma autónoma sin ningún tipo de suministro Estos cojinetes no poseen un buen comportamiento a altas temperaturas debido a que el lubricante (que no recircula) se oxida. So­ porta bien las vibraciones externas y los ambientes húmedos. siempre es función de la temperatura que es capaz de soportar el material. Este tipo de cojinetes no utiliza lubricante para evitar la fricción durante la sustentación.2. Por el contrario. De esta forma. no están indicados para aplicaciones en las que existe vacío. aún exis­ tiendo el contacto. presentan un comportamiento relativamente . pre­ sentan una muy baja tolerancia a la suciedad. aunque siempre en función de las capacidades del lubricante. Dado que el material del cojinete es blando. aunque dado que no existe lubricante líquido. El movimiento relativo entre las partes produce un efecto hidrodinámico en el lubricante que evita el contacto entre el eje y el cojinete. En este tipo de cojinete.Cojinete autolubricado. Debido a la presión del lubricante. se reduce la fricción durante el movimiento. Algunos cojinetes están fabricados a base de materia­ les porosos cuyos huecos son rellenados con un lubricante.5. . Los cojinetes externamente presurizados están especialmente indicados en apli­ caciones de alta temperatura (aunque también tienen un funcionamiento óptimo a baja temperatura). Por este motivo. la separación depende del movimiento. Tienen un comportamiento óp­ timo en situaciones de vacío debido a la solidez de los elementos. En este caso. Como en el caso de cojinetes de sustentación hidrodinámica estos cojinetes pueden funcionar en situaciones de vacío si se utilizan lubricantes especiales.2. Por el contrario. También presentan buena tolerancia a la humedad. Sin embargo. Durante el funcio­ namiento estos materiales van liberando el lubricante que contienen consiguien­ do un efecto de sustentación sin contacto. la separación entre el eje y el cojinete se debe a la inyección de lubricante en la zona de presión. soportan de forma excelente el funcionamiento con vibra­ ciones externas y tienen una buena tolerancia a la suciedad y la humedad.Cojinete de fricción seca. .Cojinete de sustentación hidrodinámica. el cojinete está fabricado con un material blando (generalmente no metálico) que presenta un muy bajo coeficiente de fricción en contacto con el metal del eje. la separación está asegurada independientemente de la existencia de movimiento relativo. .Cojinete externamente presurizado o hidrostático. Pueden funcionar en situaciones de vacío si se utilizan lubricantes especiales. Este tipo de cojinetes presenta un buen funcionamiento en un amplio rango de temperaturas. TIPOS DE COJINETES SEGÚN EL TIPO DE L UBRICACIÓN . - Figura 5. el contacto entre las partes es una superficie cilindrica con capacidad para soportar cargas radiales. TIPOS DE COJINETES A TENDIENDO A LA DIRECCIÓN DELA CARGA SOPORTADA Cojinetes radiales.2. capaces de soportar una carga axial. con el fin de facilitar la entrada del lubricante a la interfase entre las partes. Sin embargo. en ge­ neral. Consisten en hombros en el eje o collares que descansan sobre cojinetes anulares planos (figura 5.2. En este tipo de cojinetes.Cojinetes de empuje. En este tipo de cojinetes. . 5.2. suciedad y vibraciones externas. La mayor parte de estos cojinetes se fabrican en dos partes (o casquillos) para facilitar el monta­ je (figura 5. Existen diferentes configuraciones geométricas comúnmente uti­ lizadas en este tipo de cojinetes que son descritas en la siguiente clasificación.2). la fricción es relativamente alta. el estado de lubricación puede ser semifluido y.bueno ante situaciones de humedad (siempre que el eje esté protegido contra la corrosión).2. el funcionamiento puede ser mejorado incluyendo ranuras en el anillo del cojinete.1). Cojinete de empuje . Tipos de cojinetes según su configuración geométrica .Cojinete plano cilindrico. El cojinete ranurado en cuatro ejes es uno de los más comunes (figura 5.3a). Es el tipo de cojinete más simple. al que se han incluido ranuras con el fin de posibilitar la entrada de lubricante a la interfase.2. Cojinete ranurado.3. En estos cojinetes las dos superficies son cilindricas y generalmente no poseen ranuras (figura 5. Cojinete Cojinete - (a) Cojinete plano cilindrico (b) Cojinete ranurado en 4 ejes Almohadillas o zapatas Ranuras Cojinete Cojinete (c) Cojinete elíptico (d) Cojinete con almohadillas Figura 5. Existen diversos tipos de ranurados.3. desde una única ranura circunferencial en el centro del cojinete hasta diversas ranuras axiales.3b). Se utilizan en maquinaria de baja velocidad están casi exclusivamente li­ mitados a la lubricación con gas. T IP O S D E C O JIN E T E S R A D IA L E S A TE N D IE N D O A S U C O N F IG U R A C IÓ N G E O M É TR IC A .2. Es una variación del tipo anterior.5. Posee dos lóbulos en lugar de ranuras y está formado por dos arcos de circunferencia cuyos centros no coinciden (figura 5. también existen cojinetes de empuje estabilizados con almohadillas. El lubricante que utilizan suele ser líquido. donde la excentricidad del eje con respecto al centro del arco cargado es mayor y nunca decrece hasta cero. se buscan combinaciones de materiales entre las que exista un coeficien­ te de rozamiento lo más bajo posible. En esta búsqueda hay que tener en cuenta una consideración fundamental relativa a las dos partes que intervienen: es mucho más económico reemplazar un casquillo desgastado de un cojinete que un eje desgasta­ do.3c). Aparte de la consideración anterior. M A T E R IA L E S Dado que en un cojinete en movimiento existe un contacto potencial entre dos superficies metálicas. Es la capacidad del material para no griparse al contactar con el eje.3. Las almohadillas siguen los movimientos del muñón del eje proporcionando es­ tabilidad e inercia. en extremo. Con el fin de evitar el desgaste y. 5. el eje se fabrica con un material muy duro. ocasionalmente. cuando existen sobrecar­ gas. Como resultado se obtiene un cojinete más rígido y estable. la fricción es generalmente alta y las dos partes se sueldan ante presiones relativamente bajas. Se utilizan ampliamente en aplicaciones de alta velocidad en las que la inestabi­ lidad hidrodinámica y la desalineación son problemas habituales. Cuando dos metales similares entran en contacto sin la presencia de una lubri­ cación adecuada. Esta configuración tie­ ne el efecto de precarga del cojinete. En muchos cojinetes el contacto tiene lugar durante los transitorios de arranque y parada y. Aunque son poco comunes. De esta forma se asegura una larga vida del eje sacrificando la vida del elemento más económico y fácil de re­ emplazar: el cojinete. Es un tipo de cojinete en el que la posición del eje es estabilizada mediante el uso de almohadillas (o zapatas) montadas sobre pivotes (figura 5. Las capaci­ dades principales necesarias en un cojinete son las siguientes: Compatibilidad o resbalamiento. Por este motivo. Es un tipo de cojinete lubricado normalmente utilizado en turbinas. Cojinete estabilizado con almohadillas. existen otras que imponen una serie de re­ querimientos en los materiales destinados a la fabricación de cojinetes. la soldadura.2. la selección del material supone un aspecto fundamental no solo para el funcionamiento sino también para la vida útil de este elemento mecá­ nico.3d) actuando como cojinetes de arco parcial. mientras que el cojinete es fabricado a base de un material blando. .- - Cojinete elíptico. Cojinetes de 2 capas. Conformabilidad. Tradicionalmente. Una buena incrustabilidad es fundamental ya que evita que dichas partículas produzcan abrasión en el eje. desalineaciones. Los cojinetes en máquinas se construyen habitualmente con materiales metáli­ cos debido a la necesidad de una buena conductividad térmica (en máquinas pe­ queñas. Un material ópti­ mo para cojinetes debe poseer una buena estabilidad frente a cambios de tempe­ ratura. en la actualidad es normal encontrar cojinetes fabricados mediante varias capas de metales diferentes con el fin de mejorar sus característi­ cas. se utilizan cojinetes fabricados con otros materiales como plástico y materiales sintéticos). En la ac­ tualidad estos cojinetes han sido relegados a aplicaciones en las que las cargas son poco elevadas. En cojinetes la temperatura asciende considera­ blemente haciendo que disminuya la resistencia del material. aleación de cobre y plomo o aluminio. antimonio y arsénico). El material debe ser lo suficientemente blando para defor­ marse compensando las irregularidades geométricas menores debidas a peque­ ños defectos de fabricación. El babbit posee unas cualidades excepcionales como material blando para cojinetes: elevada incrustabilidad. que producen fuerzas menores. Resistencia a la corrosión. etc. Es la capacidad del material para resistir cargas varia­ bles sin romperse. posee una resistencia a fatiga relati­ - . Resistencia a la fatiga. Es la capacidad del material para absorber partículas que cir­ culan en la corriente de lubricante. Sin embargo. Atendiendo a este criterio se pueden encontrar cojinetes según las siguientes categorías: Cojinetes de 1 capa. posteriormente al soporte para ayudar a la disipación de calor e impedir que se produzcan sobrecargas térmicas que pueden terminar dañándolo. Conductividad térmica elevada. Aunque una parte del calor generado en el cojinete es evacuado por el lubricante.- - - - - - Incrustabilidad. Aunque inicialmente se fabrica­ ron con un único metal. Normalmente se requiere que el material de los cojinetes sea resistente a la corrosión ya que los aceites lubricantes se oxidan con el uso y los productos de esta oxidación pueden ser corrosivos. es importante que el material del cojinete permita una rápida conducción del calor desde la superficie interior hasta la ex­ terior y. Son cojinetes hechos a base de una capa externa de acero a la que se ha adherido otra capa interna de babbit (aleación suave de plomo o estaño con diferentes aditivos tales como cobre. los cojinetes estaban fabricados a partir de un tubo de aluminio o aleación de bronce de considerable espesor. Resistencia a la temperatura. Una gran resistencia a fatiga es recomendable para una larga vida útil y para evitar la rotura del material. conformabilidad y compatibilidad con el acero. 4. describiendo algunas de sus característi­ cas. Desgaste provocado p o r una lubricación inadecuada - Lubricación deficiente. una lubricación no acorde con las caracte­ rísticas de funcionamiento del cojinete termina provocando el contacto entre los metales.2.- vamente baja. Las virutas producidas por el desgaste pueden llegar a calentarse hasta el punto de . 5. Las otras aleaciones (cobre y plomo. Con el fin de servir en aplicaciones de servicio pesado. La técnica utilizada consiste en galvanizar o fundir una capa extremadamente delgada (25 fim de espesor) de material blando sobre la capa interior de cobre-plom o o aluminio en un cojinete de dos capas. su resistencia es mejorada por la capa exte­ rior que la soporta. aluminio) poseen mejor re­ sistencia aunque el resto de propiedades son peores que las del babbit. pero se deterioran rápidamente cuando las condiciones de funcionamiento son inadecuadas. a continuación se ex­ pone una selección de los más habituales. En general. Las causas que pueden provocar que el sistema salga de las condicio­ nes óptimas de funcionamiento son numerosas y llevan asociadas multitud de tipo­ logías de fallo diferentes. T IP O S D E F A L L O E N C O JIN E T E S Los cojinetes pueden ser considerados elementos mecánicos críticos ya que pre­ sentan unas características óptimas cuando funcionan en las condiciones apropia­ das. Esta delgada superficie proporciona las propiedades suaves reque­ ridas que. en muchos casos. El contacto durante el movimiento conlleva desgaste y una generación excesiva de calor (que. dado su pequeño espesor. De entre todos los posibles fallos. el cojinete no es capaz de disipar).4. se han desarrollado cojinetes de 3 capas que cuentan con las propiedades ópti­ mas del babbit y la resistencia de otras aleaciones. Cojinetes de 3 capas. Figura 5. Cuando existen partículas de suciedad en el lubricante en cantidad o tamaño suficiente . • Suministro de lubricante a temperatura excesiva para formar la película de lubricante. Figura 5.4 se muestra un típico fallo debido a una situación de lubricación deficiente. • Desalineación. • Línea de carga del eje excesivamente cercana a una ranura del cojinete. Esta causa puede también provocar fatiga. La suciedad es uno de los peores enemigos de los cojinetes. que incrementa la temperatura y provoca que la película de lubricante sea excesivamente delgada. En la figura 5. ocu­ pando el espacio de una de las ranuras de suministro. • Oscilación excesiva del eje debido a inestabilidad en el cojinete. • Pérdida de superficie del cojinete debido a otro tipo de fallo. provocando la rotura de la película de lubricante. Se aprecia cómo el material fundido proveniente del desgaste de la superficie del cojinete se ha solidificado en una zona más fría (derecha de la fotografía). Abrasión severa debido a la existencia de partículas en la interfase eje-cojinete - Abrasión. cuando salen de la zona de presión (que es donde se genera el calor) se enfrían soldándose entre ellas y con la superficie del cojinete. Algunas de las causas que pueden llevar a una situación de lubricación deficiente son las siguientes: • Escaso suministro de lubricante. • Carga excesiva. También carga excesiva en arran­ ques y paradas de la máquina.fusión y. • Utilización de un lubricante con una viscosidad excesivamente baja para la aplicación.5. El fenómeno de fatiga en cojinetes se inicia con la aparición de grietas perpen­ diculares a la superficie en el cojinete. a la incapacidad del lubri­ cante para eliminar las partículas generadas durante el funcionamiento. cambian su avance a una nueva dirección tangencial. En coji­ netes con lubricación forzada. • Fallo en el ensamblado del cojinete. Estas grietas avanzan radialmente dentro del material hasta llegar a una cierta profundidad. a producir una abrasión severa como la que se muestra en la figura 5. Existen causas que provocan una fatiga acelerada y severa: • Concentración de tensiones debido a la existencia de partículas de sucie­ dad. Desconchado característico en la fatiga de cojinetes . • Baja resistencia del material debido a las altas temperaturas o a la corro­ sión.5.6). • Tolerancias excesivas en la fabricación de los elementos. Figura 5. En el caso de cojinetes. Fatiga. La fatiga es un fenómeno que no puede ser eliminado completamente cuando existen cargas que provocan tensiones variables con el tiempo en el ma­ terial. de una forma general.- para contactar con ambas partes -eje y casquillo-. la fatiga ocurre cuando bien la carga o bien el tiempo de servicio exceden las capacidades del material. entre otras causas. éstas producen ralladuras en las superficies (generalmente mucho más en la del cojinete debido a que el ma­ terial es más blando) llegando. Este tipo de fallo puede deberse. en extremo.6. A partir de ahí. buena parte de sus efectos pueden reducirse me­ diante la utilización de sistemas efectivos de filtrado del lubricante. lo que produce un desconchado de la capa interior que es característico (figura 5. éste sufre el fenómeno de fatiga en mayor o menor grado. por lo que esta situación debe ser evitada. Lo importante. éste se vaporiza formando burbujas. es que los materiales y las condiciones de funcionamiento contribuyan a alargar la vida útil de los compo­ nentes lo suficiente como para que no se produzca un fallo grave entre las ins­ pecciones programadas. Erosión debida a la cavitación del lubricante Figura 5. . Este fenómeno puede ser potenciado por la existencia de espuma o de bur­ bujas en el lubricante. Es un tipo de fallo inducido por fluctuaciones rápidas en la presión del lubricante.7) que termina deteriorando el material del co­ jinete. Su efecto es el de cierta erosión suave (figura 5. cuando la presión se incrementa de nuevo.8.Erosión por cavitación. las burbujas se colapsan provo­ cando que el lubricante adyacente golpee las superficies metálicas erosionándo­ las. S entido de ro ta ció n del eje Figura 5. en este caso. Cuando la presión en un punto queda por debajo de la presión de vapor del lubricante.En el funcionamiento normal de un cojinete.7. Tras es­ to. Fallo p o r desgaste estático . Desgaste estático. El depósito de partículas de suciedad entre el casquillo del cojinete y su aloja­ miento es un fallo común durante el montaje. estas partículas actúan como aislante entre el cojinete y su alojamiento.9). El desgaste por rozamiento aparece en la vertical del eje (por la acción de la gravedad). Fallos de fabricación y montaje. por tanto.9. Generalmente se deben a defectos en las dimensiones del cojinete. además. Si no se detecta con prontitud. Existe una gran diversidad de fallos deriva­ dos de defectos de fabricación o de un montaje inadecuado. Fallo provocado p o r un montaje defectuoso .8 se muestra el aspecto de un cojinete que ha su­ frido este tipo de desgaste. Este fallo se produce en cojinetes hidrodinámicos cuando la máquina está parada (no existe. este tipo de fallo se puede apreciar fácilmente por el cambio de color del metal en los puntos en los que se ha producido el sobrecalentamiento (figura 5. En la figura 5. a una falta de limpieza durante el montaje o a defectos en la colocación. este defecto puede provocar el agrietamiento y la rotura completa del cojinete. Aunque puedan parecer pequeñas. a una maquinación incorrecta de ranuras y orificios para el suministro de lubricante. Figura 5. provo­ cando un sobrecalentamiento puntual del cojinete que puede llegar hasta la fu­ sión localizada del mismo. Durante una inspección. en lugar de aparecer desplazado hacia el punto de mínimo espesor de película como ocurriría en el caso de desgaste durante el funcionamiento. sustentación hidrodinámica y existe contacto directo entre los metales de ambas partes) y. está sometida a algún tipo de vibración. O P E R A C IO N E S D E M A N T E N IM IE N T O Y R E A C O N D IC IO N A D O D E C O JIN E T E S Los cojinetes son componentes muy susceptibles a fallar debido a su principio de funcionamiento. Son elementos con tendencia a la inestabilidad ante condicio­ nes de funcionamiento anormales (que. - . por lo que deben ser incluidos dentro del programa de mantenimiento de la máquina y de la planta. La suciedad es el enemigo más importante de los cojinetes. es importante que en el caso de cojinetes se desempeñen tareas de mante­ nimiento correctivo que subsanen las causas originales del fallo. La alteración de la colocación de un casquillo del cojinete (por ejemplo. la nueva pieza sufrirá el mismo tipo de fallo. Como ocurre con otros componentes.5. Por este motivo. El motivo de esta precaución es que los cojinetes se adaptan geométricamente a las condiciones de funcionamiento de la máquina y son muy sensibles a variaciones dimensionales pequeñas. La frecuencia de inspección puede variar desde relativamente pocas horas hasta me­ ses. etc. inspección y montaje del cojinete debe realizarse en un entorno tan limpio como sea posible. Cuando se desmonta un cojinete para su inspección. la suavidad de la carga. la criticidad de la máquina dentro del proceso productivo. por otra parte. con frecuencia los cojinetes deben ser reemplazados debido no al desgaste normal que sufren. sino a otros fallos des­ critos anteriormente que se pueden producir fácilmente y que impiden que el coji­ nete desempeñe la función para la que fue diseñado. Por este motivo.5. dependiendo de una gran cantidad de factores entre los que se encuentran: las características de funcionamiento (velocidad. todas las piezas quedarán exactamente en la misma posición en la que fueron extraídas. por rotación alrededor de un eje ra­ dial) puede provocar una situación de inestabilidad o de contacto entre las par­ tes. La inspección se basa en el desmontaje del cojinete y la observa­ ción de los elementos en la búsqueda de algún tipo de fallo de los descritos ante­ riormente. El fin es asegurar que tras el montaje. se producen al menos oca­ sionalmente en toda máquina). Los cojinetes deben estar sujetos a inspección periódica. es necesario tener en cuen­ ta dos consideraciones fundamentales: Asegurar la limpieza de la zona de trabajo.2. carga. la estabilidad de diseño del cojinete. Una herramienta útil para conseguir esta seguridad consiste en marcar las piezas.). Realizar un desmontaje/montaje ordenado. etc. Por este motivo el desmontaje. llegando a reducir su vida útil a una pequeña frac­ ción de la vida para la que fueron diseñados. si tras el fallo solamente se reemplaza el cojinete sin buscar la causa. se debe proceder con su sustitución. lo que implica verificar las dimensiones e inspeccionar posibles deformaciones. Inspección del cojinete. es importante tener en cuenta que no solamente se debe realizar la sustitución.2. Debe realizarse teniendo en cuenta la consideración de desmontaje ordenado. Posteriormente se desmonta el con­ junto y se mide el espesor de la lámina.4) para detectar cualquier indicio de que se haya producido uno de ellos.2. en general.10). Esto implica que las piezas deben marcarse según se van desmontando y colocarse sobre una superficie de forma lo más parecida po­ sible a como estaban ensambladas. La verifica­ ción de la holgura entre cojinete y alojamiento se realiza habitualmente colo­ cando calces de 100 (jiti en la junta del pedestal (figura 5. En una operación de mantenimiento. El eje debe ser limpiado e inspeccionado en su superficie. pueden ser evitados mediante un mantenimiento que asegure unas condiciones de funciona­ miento adecuadas. Para ello se pueden utilizar instrumentos de medida de precisión. Inspección del alojamiento del cojinete. Tras el desmontaje se debe proceder a la limpieza e inspección del cojinete. Sin embargo. En algunas ocasiones puede ser necesario pulir el eje para eliminar material adherido al mismo. En la cima del co­ jinete se coloca una lámina de un material deformable.La mayor parte de los tipos de fallo. los siguientes pasos: Limpieza del entorno. Se deben buscar marcas de desgaste provocado por algún tipo de disfunciona­ miento. si el cojinete está severamente dañado. Un espesor menor que el de los calces indica interferencia del soporte con el casquillo del cojinete (tendiendo a aplas­ tarlo) mientras que un espesor mayor indica holgura que impide una buena disi­ - - - . Sin embargo. los cojinetes tienen una vida útil limitada y en algún momento necesitan ser reemplazados. Así. También se debe verificar su dimensión a lo largo de la longitud del mismo que queda dentro del cojinete. incluso cuando se produce el reemplazo del cojinete. Sin embargo.4. estas toleran­ cias son. Inspección del eje. Otras tareas de inspección y reacondicionado son necesarias. se debe asegurar la limpieza del entorno en el que se va a trabajar. Desmontaje del conjunto. El cojinete es un elemento que transmite el esfuerzo hacia su alojamiento y soporte. Es importante conocer los tipos de fallo (véase el apar­ tado 5. Se aprietan los pernos de cierre del cojinete. estrechas (del orden de 25 (im) ya que la estabilidad del co­ jinete depende en gran medida de la holgura radial. deformando la lámina. una operación de inspección y mantenimiento de cojinetes debe contar con. En algunos casos el fallo puede ser evitado con operaciones de limpieza y reacondicionado. Como se ha comentado anteriormente. Por este motivo es funda­ mental que ambas piezas coincidan al máximo en su geometría. La tolerancia admitida en la dimensión depende de la aplicación y de las especificaciones del fabricante. descritos en el apartado 5. al menos. El re-ensamblado del conjunto es una tarea crucial que debe ser realizada con especial cuidado. M edida de la holgura entre cojinete y alojamiento .3. En caso de que el movimiento no sea suave o se advierta rozamiento. Los rodamientos . También es recomendable prelubricar las piezas antes del montaje. MANTENIMIENTO DE RODAMIENTOS 5.1. Ambos casos de­ ben ser reparados. Figura 5. Una vez montado el conjunto se debe girar el eje manualmente (cuando sea posible) con el fin de verificar que no existe interferencia entre las piezas. se debe desmontar de nuevo el conjunto y verificar la limpieza y el estado de las piezas.10.Ensamblado del conjunto. En el alojamiento es también importante asegurar la limpieza ya que el depósito de partículas de suciedad entre el cojinete y su alojamiento pueden provocar di­ ferentes tipos de fallo. Es importante asegurar que las pie­ zas son colocadas en la misma posición y orientación en la que fueron extraídas. los rodamientos constituyen una buena solución como sistema de apoyo cuando se requiere una fricción mínima en el movimiento hasta velocidades moderadas.3. En el montaje es especialmente importante cuidar la limpieza del entorno y de las piezas. E L E M E N T O S D E U N R O D A M IE N T O Como se ha puesto de manifiesto al principio de este capítulo. 5.pación del calor y puede permitir el movimiento del casquillo. ya que suele ser el momento en el que partículas nocivas entran en el sistema. su geometría y su disposición se obtie­ nen distintos tipos de rodamientos con características diferentes.11).están diseñados para soportar las cargas mientras tiene lugar un movimiento relati­ vo que es de rodadura. . Su misión es asegurar la distribución de los elementos rodantes de forma uniforme en todo el perímetro y evitar que puedan concentrarse en un arco me­ nor que la circunferencia. Un rodamiento está compuesto por cuatro elementos básicos (figura 5. Dado que el rozamiento en rodadura es siempre menor que en deslizamiento (con rozamiento seco). Sirve como pista externa de rodadura y su movimiento es solida­ rio con el alojamiento exterior del rodamiento. al­ gunos de los cuales pueden no existir en determinados tipos: Aro interior. las pérdidas energéticas por fricción en este tipo de sistemas son menores. Elementos rodantes. Jaula. que son descritos a continuación. rodillos cilindricos o rodillos cónicos. Su función es transmitir las cargas desde el aro interior al exterior (o viceversa) y generalmente son bolas. Aro exterior - En función de los elementos incluidos. provocando el fallo del rodamiento. Sirve como pista interna de rodadura y se mueve solidariamente con el eje. Aro exterior. 12b). Debido a que la superficie de contacto entre los elemen­ tos es mayor. Dentro de esta categoría se encuentran los rodamientos de rodillos (figura 5.12f y figura 5. Además. cada una de ellas con unas características muy determinadas. se utilizan rodamientos en los que el diámetro de los rodillos es muy pequeño. dependiendo de la geometría de los diferentes elementos que componen el rodamiento.2.12j ) y están dispuestos para soportar cargas axiales elevadas. • Rodamientos radiales de rodillos. pueden soportar cargas axiales hasta un nivel intermedio. En este tipo de rodamientos los elementos rodantes son rodillos cónicos (figura 5.12e) que se emplean habitualmente cuando se requiere precisión en el movimiento.3. los rodamientos de bolas a rótula (figura 5. También pueden contener una o varias hileras de rodillos.12a y figura 5. T IP O S D E R O D A M IE N T O S Los diferentes tipos de rodamientos existentes permiten satisfacer multitud de necesidades en diseño de máquinas. Estos rodamientos reciben el nombre de rodamientos de agujas (figura 5. los ro­ damientos radiales se subdividen en tres categorías principales: • Rodamientos radiales de bolas. cuando el espacio radial disponible es muy reducido.12i).5. rodamientos de rodillos cruzados).12g) y los rodamientos de rodillos a rótula (figura 5.12h).12d). salvo casos especiales (por ejemplo. Los de una hilera de rodillos están diseñados para ser colocados opuestos por parejas.12a) o va­ rias hileras (figura 5. Pueden contar con una (figura 5. Estos tipos pueden ser clasificados dentro de dos grandes grupos: Rodamientos radiales.12b) de bolas y. • Rodamientos radiales cónicos. pero también existen rodamientos cóni­ cos de dos hileras (con rodillos opuestos) que ejercen perfectamente su función de forma individual. También existen rodamientos con contacto angular en un aro (figura 5. . existiendo algunos que pueden soportar además cargas axiales desde magnitudes mínimas hasta moderadamente elevadas. Sin embargo. este tipo de rodamientos no está diseña­ do para soportar cargas axiales.12c) y los rodamientos de bolas de contacto angular (figura 5. Dentro de este grupo figuran todos los rodamientos que están diseñados principalmente para soportar cargas de tipo radial. En función del tipo de elemento rodante. Dentro de esta categoría existen tres sub­ tipos: los rodamientos rígidos de bolas (figura 5. generalmente pueden soportar cargas radiales mayores que los rodamientos radiales. Sección diametral de los tipos de rodamientos más comunes Rodamientos axiales o de empuje.12. Son rodamientos diseñados para soportar carga axial. además.(a) R odam iento rígido de bolas (b) R odam iento rígido de doble hilera de bolas (c) R odam iento de bolas a rótula (d) R odam iento de bolas de contacto angular (e) R odam iento de precisión (f) R odam iento de rodillos con aro interior libre (g) R odam iento de rodillos con aro exterior libre en un sentido (h) R odam iento de rodillos a rótula (i) R odam iento de agujas (j) Rodamiento de rodillos cónicos (k) R odam iento axial rígido de bolas Figura 5. pueden sopor- . Aunque existen configuraciones en las que. 12k) o rodillos (cilindricos y cónicos) como elementos rodantes.13). sino que se seleccionan dentro de una amplia gama que existe en el mercado. Desalineación angular en un rodamiento de bolas a rótula Tal como se ha puesto de manifiesto. dando lugar a una subclasificación similar a la de los rodamientos radiales. Los rodamientos axiales pueden contener bolas (figura 5.12h). Esta última está relacionada con la carga máxima que puede resistir el rodamiento con una vida útil esperable determinada. Una variante habitual ya comentada consiste en fabricar la pista de rodadura exterior como parte de una superficie esférica (rodamientos autoalineantes o rodamientos a rótula. El estándar ISO define esta unidad básica de vida útil como 1 millón de revoluciones. los rodamientos no se diseñan junto con otros elementos de la máquina. como es el caso de los rodamientos axiales de rodillos a rótula. estos rodamientos permiten desalineaciones entre los aros interior y exterior sin sobrecargar los elementos rodantes. Figura 5. Debido a su dise­ ño.tar cargas radiales. La unidad básica de vida útil es el número de revoluciones que el rodamiento persiste en unas determi­ nadas condiciones de carga hasta el primer signo de fallo por fatiga. Los parámetros básicos de selección son las dimensiones (frecuentemente impuestas por condicionantes externos del diseño de la máquina) y la capacidad de carga. para cada tipo se pueden obtener múltiples variaciones añadiendo más elementos (como por ejemplo. aunque .13. Además. un manguito interior de montaje) o cambiando el diseño de los existentes. figura 5. Están especialmente indicados para situaciones en las que las cargas en los ejes ocasionan una flexión que provoca una inclinación sensible los mismos en los puntos de apoyo (figura 5.12c y figura 5. la capacidad dinámica de carga de un rodamiento es estadísticamente la máxima car­ ga que el 90% de los rodamientos soporta durante al menos 1 millón de ciclos antes de presentar el primer signo de fatiga. SIS T E M A S D E F IJA C IÓ N D E R O D A M IE N T O S 5. sino que hay que emplear técnicas y herramientas especialmente dise­ ñadas para ello. un mismo modelo se fabrica con diferentes magnitudes de juego in­ terno para poder seleccionar el más adecuado a cada aplicación. dicho aro tiene. después del montaje). En la práctica. un radio mayor que el que tiene antes del montaje.3. Así.3. 5. El juego interno se mide según dos parámetros fundamentales: el juego radial y el juego axial. Además. Cuando existe un ajuste de interferencia. El juego radial es la distancia en sentido radial que un aro puede desplazarse si se mantiene fijo el otro aro (figura 5.3.1. De esta forma.14).otros sistemas utilizan valores superiores. aunque la más utilizada consiste en diseñar la unión aro-alojamiento con un ajuste de interferencia (o ajuste a presión) que limita el movimiento relativo por la fricción entre las superficies.14). el aro exterior se comprime radialmente durante el montaje cuando existe un ajuste de interferencia entre éste y su aloja­ miento. el objetivo puede conseguirse mediante un amplio abanico de posibilida­ des. Y a la inversa. el montaje ya no se puede realizar ma­ nualmente. según el estándar ISO.3. puede ser necesario eliminar completa­ mente el juego o permitir la existencia de cierto juego interno durante el funciona­ miento (es decir. ni entre el aro exterior y su alojamiento. En algunos tipos de rodamientos. Dependiendo del tipo de rodamiento. El juego axial es la misma magnitud pero medida en sentido axial (figura 5. se ha de tener en cuenta que los ajustes a presión defor­ man radialmente los aros del rodamiento. FIJACIÓN RADIAL DE RODAMIENTOS Una regla básica en el diseño de apoyos con rodamientos es que no debe existir movimiento relativo de rotación entre el aro interior del rodamiento y el eje sobre el que está ubicado. Como regla general. los rodamientos son fabricados con una cierta holgura interna (o juego interno). Para permitir estas pequeñas deformaciones sin que los elementos rodantes y las pistas de rodadura resulten comprimidos (sobrecargados). después del montaje. el juego interno en funcionamiento de los rodamientos de bolas debe ser nulo o casi nulo (incluso es . si existe un ajuste a presión entre el aro interior y el eje. La fijación ra­ dial de rodamientos atañe a cómo se asegura el cumplimiento de esta regla. Juegos radial y axial en un rodamiento de bolas En un rodamiento puede existir un ajuste a presión en uno de los aros o en am­ bos al mismo tiempo. los rodamientos de bolas se fabrican con un juego mínimo que es eliminado mediante el ajuste a presión de uno o los dos aros. . a rótula y cónicos) es recomendable la existencia de un cierto juego interno durante el funcionamiento. debe ser proporcional a la magnitud de la carga soportada por el rodamiento. Así. Esta regla tiene una importante excepción cuando se instalan en un eje dos rodamientos de rodillos cónicos opuestos y se necesita rigidez en la transmisión. se realiza una pequeña precarga que conlleva un juego nulo y cierta presión sobre los elementos rodantes. Figura 5. el aro a ajustar con presión debe ser el interior. ya que las cargas mayores son las que hacen que el aro en rotación tenga más tendencia a girar respecto a su alojamiento. En cuanto a la magnitud del ajuste. En este caso.puedan mover­ se en relación a la dirección de la carga. se puede decir que en general existe una relación directa entre la mag­ nitud del ajuste y el tamaño del rodamiento. En los casos en los que las dos partes -eje y soporte. en el caso de rodamientos de rodillos (cilindricos. en el caso de un eje giratorio y un soporte inmóvil. Por este motivo.14. La norma es imponer un ajuste a presión en el aro que pre­ senta movimiento relativo (de rotación) en relación a la dirección de la carga. Por el contrario.beneficiosa una pequeña precarga). Como el tamaño del rodamiento también está relacionado directamente con la magnitud de la carga. se deben ajustar con presión los dos aros del rodamiento. 3. Apoyos con rodamientos axialmente fijos .2. ambos rodamientos comparten la responsabilidad de fijar el eje axialmente (rodamientos de fijación cruzada). Sin embargo. La configuración habitual para permitir deformaciones axiales (alargamientos y acortamientos debido a dilataciones térmi­ cas o sencillamente al funcionamiento de la máquina) cuando se utilizan rodamien­ tos consiste en colocar uno axialmente fijo y otro axialmente libre. en algunas aplicaciones.13.15. Arandela de seguridad con pestaña doblada Tuerca de seguridad Figura 5. los ejes de máquinas vienen soportados en dos puntos constitu­ yendo un sistema externamente isostático. existen dos tipos de rodamientos: los rodamientos sin posibilidad de desplazamiento axial interno (o rodamientos no desmontables) y los rodamientos con posibilidad de desplazamiento axial interno (o rodamientos desmontables). FIJACIÓN AXIAL DE RODAMIENTOS En el sentido de libertad o fijación axial. Generalmente. Los primeros se pueden utilizar para constituir so­ portes axialmente libres y también axialmente fijos mientras que los segundos so­ lamente sirven para constituir soportes axialmente libres debido a que son diseña­ dos con posibilidad de movimiento axial interno. proporcionando un movimiento más preciso y tensiones de contacto menores en situaciones en las que existe tendencia a la flexión. sino de un apoyo axialmente cruzado). el ajuste de apriete no se considera generalmente suficiente para la correcta fija­ ción axial del aro (salvo en aplicaciones de pequeña potencia).15b) (nóte­ se que si los rodamientos no están juntos no se tratará de un apoyo fijo. Posibles montajes de apoyos fijo s con dos rodamientos .16) que en el montaje espalda contra espalda. que la transmisión sea rígida o que el movimiento sea de precisión se utilizan dos ro­ damientos opuestos colocados uno a continuación del otro (figura 5. En lo relativo a la ubicación axial de los rodamientos. en el montaje espalda contra espalda. Consecuentemente. Así. tuercas. separadores.). La diferencia entre los dos montajes es que los centros efectivos de carga de ambos rodamientos están más cerca en el caso ca­ ra a cara que en el caso espalda contra espalda. Al disponer los rodamientos en una configuración opuesta. en roda­ mientos fijos. los conos de rodadura se cierran cada uno sobre el otro. los aros deben estar sujetos axialmente por medios mecánicos en ambas caras (mediante hombros. los conos de las pistas de rodadura están enfrentados en su base con los vértices hacia afuera. En el montaje cara a cara.15a. el montaje espalda contra espalda es mucho más rígido ante la flexión (o incli­ nación) del eje que el primero.- Apoyo axialmente fijo.16. (a) M ontaje cara a cara (b) M ontaje espalda contra espalda Figura 5. tal como se muestra en la figura 5. etc. Esto implica que las superficies de rodadura en el montaje cara a cara se parecen más a una superficie esférica (ver figura 5.16. existen dos posibili­ dades mostradas en la figura 5. Por el contrario. Cuando se requiere que el apoyo soporte carga axial. En el primer caso. en la figura 5. muchos fabricantes de rodamientos suministran parejas ya ensambladas de rodamientos de contacto angular o de rodillos cónicos. Dado que estos rodamien­ tos solamente soportan carga axial en un sentido.Una vez montado el soporte cruzado. el desplazamiento axial se produce dentro del rodamiento (entre los elementos rodantes y una de las pistas de rodadura) ya que éste ha sido diseñado para tal efecto. la libertad de movimiento axial se logra permitiendo. con una cierta precarga lograda durante la fabricación. los dos rodamientos necesa­ rios suelen colocarse en disposición opuesta (figura 5. la dilatación del . En caso contrario. Se requiere este tipo de soporte para permitir movi­ miento axial del eje en una sección del mismo.17b. Esto produce un efecto de libertad axial per­ mitiendo el movimiento del eje en la dirección de su eje geométrico.18) de manera que uno soporte la carga axial cuando sea en un sentido y el otro la soporte cuando sea en el sentido contrario. Para lograr esta fuerza de em­ puje se utilizan elementos habituales de fijación axial. etc. éste debe ser precargado adecuadamente para evitar holguras en el funcionamiento. pese a que los dos aros están fijos en sus alojamientos mediante ajustes de apriete. En el segundo caso -rodam ientos con posibilidad de desplazamiento axial in­ terno-. Apoyos axialmente cruzados. En el montaje espalda contra espalda son los aros interiores los que de­ ben ser empujados axialmente uno contra el otro. Alternativamente. estando alejados. el desplazamiento axial de uno de los aros del rodamiento (gene­ ralmente el exterior) respecto de su alojamiento. al mismo tiempo. En el montaje cara a cara esto se consigue cerrando axialmente los aros exteriores de los rodamientos. se proporciona un ajuste flojo entre el aro y su alojamiento. Apoyo axialmente libre. Este sistema de apoyo requiere la utilización de rodamientos capaces de soportar cargas axiales y suele diseñarse utilizando ro­ damientos de rodillos cónicos o de contacto angular. al dise­ ñar el soporte. este sis­ tema de apoyo de ejes debe ser utilizado solamente en diseños en los que los ro­ damientos estén muy cerca o. cuando no se prevean cambios de temperatura durante el funcionamiento. platos atornillados. Para ello se evita la colocación de elementos de fijación axial que restrinjan el movimiento y. Estas parejas pueden ser utiliza­ das para simplificar las operaciones de sustitución. En la figura 5. Se puede diseñar un soporte axialmente libre utilizando un rodamiento sin posibilidad de desplazamiento axial interno (rodamiento no desmontable) o utilizando uno con posibilidad de desplazamiento interno (rodamiento desmontable). Dado que se restringe el movimiento axial del eje en toda su longitud. Así. uno contra el otro. tales como tuercas de se­ guridad. la geometría del rodamiento permite el movimiento libre del aro interior.17a se observa que el apoyo es axialmente libre gracias al juego (o ajuste flojo) existente entre el aro exterior del rodamiento y su alojamiento. Apoyos axialmente libres con rodamientos Figura 5.1 7.eje provocará sobrecargas en los rodamientos ocasionando un fallo acelerado de los mismos.18. Apoyos axialmente cruzados . (a) Rodamiento no desmontable (b) Rodamiento desmontable Figura 5 . sino que se deben utilizar medios espe­ ciales tales como el calentador de inducción o la inmersión en aceite caliente. una partícula de suciedad situada en la pista de rodadura provoca. la vida útil de los rodamientos es muy sensible a la existencia de suciedad en su interior. la técnica comúnmente utilizada para el montaje y desmontaje consiste en aplicar calor sobre el aro interior para. cuando el elemento rodante pasa sobre ella. junto a las tensio­ nes de funcionamiento. tensiones puntuales muy concentradas que pueden superar el límite de fluencia del material y acelerar . se estaría haciendo pasar la fuerza de inserción o extrac­ ción a través de los elementos rodantes y muy probablemente terminaría dañando dichos elementos o sus pistas de rodadura.1. Finalmente. De no cumplir esta regla. En concreto se deben evitar golpes y caídas que pueden desconchar el material y provocar marcas en los elementos rodantes y en las pistas de rodadura (las marcas conllevan un fallo por fatiga acelerado de los rodamientos). Cuando los rodamientos son muy grandes y la interferencia dimensional es ele­ vada.3. sino utilizando un elemento (generalmente un casquillo) que amortigüe los impactos y reparta uniformemente la fuerza en todo el aro en el que está siendo aplicada. Para ello. bien por deformación permanente o bien por la generación de marcas. con un soplete). se fabrican con una precisión ele­ vada y con materiales de alta resistencia. RECOMENDACIONES DURANTE EL MONTAJE Y DESMONTAJE Los rodamientos son elementos mecánicos diseñados y construidos con el obje­ tivo de alargar al máximo su vida útil. Cuando se monta o desmonta un rodamiento es imprescindible realizar la fuerza directamente sobre el aro que presenta ajuste a presión y nunca sobre el otro aro. Así. pueden terminar haciendo fallar aceleradamente el roda­ miento por fatiga. 3. En efecto. se debe utilizar una herramienta especial que ejerza la fuerza axial sobre ambos aros al mismo tiempo. Por este motivo. nunca se deben calentar los rodamientos empleando una llama directa (por ejemplo. M O N T A JE Y D E SM O N T A JE DE R O D A M IE N T O S 5. Durante estas operaciones es de gran importancia aplicar el calor de manera uniforme ya que los calentamientos y enfriamientos diferencia­ les de los puntos de la pieza provocan tensiones residuales que. En el caso de que los dos aros del rodamiento presen­ ten ajuste de interferencia con sus respectivos alojamientos. Durante el montaje y el desmontaje es imprescindible tratarlos con sumo cuidado pues su vida útil es muy sensible a la forma en que son manipulados. De esta forma se asegura que los elementos rodantes están libres de cargas durante la instalación o desmontaje.5.4.4. poder montarlo cómodamente evitando la interferencia. nunca se debe realizar un montaje golpeando direc­ tamente el rodamiento. al dilatarse. pues.que se ha de vencer durante el montaje. los impactos son mas suaves y la transmisión uniforme de los esfuerzos es más efectiva. Nótese que. MONTAJE DE RODAMIENTOS CON AGUJERO CILÍNDRICO Cuando se requiere montar un rodamiento con agujero cilindrico sobre un eje de forma que exista un ajuste a presión. Para este tipo de montaje se requiere. el esfuerzo axial debe aplicarse sobre los dos aros simultáneamente para evitar que los elementos rodantes sufran car­ ga alguna.el fallo por fatiga del elemento. resulta más eficiente utilizar una prensa (de acción mecánica o hidráu­ . el anillo de­ be entrar junto con el rodamiento en el hueco entre eje y alojamiento.3. sino que se debe utilizar un cas­ quillo (fabricado con un material blando y en una única pieza) que apoya sobre el aro que presenta interferencia y que distribuye la carga de los impactos uni­ formemente en el mismo (figura 5. por lo que su tamaño debe ser poco inferior al hueco radial que queda entre ambos. nunca debe golpearse directamente el aro de interferencia. Cuando existe interferencia entre los dos aros y sus respectivos alojamientos. Para ello se utiliza un anillo apoyado sobre el rodamiento. durante el montaje. Cuando el montaje de rodamientos de este tipo es una tarea repetitiva (montaje en serie). un casquillo con las dimensiones adecuadas (las del aro de interferencia).4. es importante que durante las labores de montaje y desmontaje se asegure siempre la limpieza del entorno tanto como sea posible y que se limpien todos los elementos (incluido el eje y el roda­ miento) antes de proceder con su instalación o desinstalación. Las técnicas de montaje habitualmente empleadas pueden clasificarse en dos categorías: Montaje en frío. de esta forma. Cuando se monta un rodamiento con interferencia. existe un problema de interferencia dimensio­ nal -el diámetro del agujero cilindrico es menor que el diámetro del eje. y sobre él se apoya el casquillo anterior. Martillo y casquillo suelen estar fabrica­ dos con un materia] blando ya que. abarcando toda su pared lateral. Los fa­ bricantes de rodamientos comercializan juegos de anillos de diferentes tamaños aptos para las dimensiones de sus rodamientos. Consecuentemente. Consiste en empujar axialmen­ te el rodamiento sobre su alojamiento mediante pequeños golpes (acción mecá­ nica). es importante limpiar y lubricar las superficies de interferencia para evitar el rallado de los elementos provocado por partículas de suciedad.2. De esta forma se asegura un empuje axial uniforme. Esta técnica de montaje está indicada para rodamientos pe­ queños con ajustes a presión leves o moderados.19). Para contemplar las recomendaciones descritas anteriormente. 5. 19. se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: • La técnica de montaje en caliente nunca es aplicable a rodamientos con protecciones u obturaciones. antes de emplear esta técnica de montaje. las fuerzas que se producen por la interferencia dimensional son tan grandes que no es posible realizar un montaje en frío. ya que el calor las deteriora. Su efecto es positivo no sólo por la mayor rapidez. sino también porque el empuje es gradual (y no de impacto). se calienta el rodamiento (o el aro interior) hasta unos 80°C o 90°C por encima de la temperatura del eje (que suele ser la temperatura ambiente).lica) en lugar de un martillo. Figura 5. La di­ latación incrementa notablemente su diámetro permitiendo un montaje cómodo. Para disminuir el efecto de estas fuerzas y posibilitar el montaje se hace uso de la dilatación de los materiales an­ te el aumento de temperatura. Si la interferencia se produce entre el rodamiento y el eje. Sin embargo. Cuando los rodamientos son de tamaño moderado o gran­ de. Montaje en fr ío de un rodamiento con agujero cilindrico e interferencia en el aro interior .Montaje en caliente. . ya que puede producir cambios metalúrgicos en el material llegando a provocar variaciones de dureza o dimensionales. • Si el rodamiento es muy pesado. La dilatación puede proporcionar cierta holgura y permite cometer el error de introducir el rodamiento inclinado (figura 5. de lo contrario. En tal caso. la contracción del rodamiento y la dilatación .• Nunca se debe calentar un rodamiento por encima de los 125°C. debe emplearse un equipo de elevación (con eslingas) que facilite el montaje. Para evitar el sobrecalentamiento. Así. para lo que han de emplearse dispositivos de calentamiento uniforme.20. • Una vez calentado el rodamiento. el rodamiento se enfriará recuperando su di­ mensión original e impidiendo el montaje. aparece interferencia y si el rodamiento sigue inclinado. el montaje debe realizarse con cierta ra­ pidez ya que. se debe monitorizar en todo momento la temperatura del rodamiento (me­ diante un termómetro) durante el calentamiento. Error de inclinación durante el montaje en caliente de rodamientos con agujero cilindrico • Durante el montaje es importante colocar bien el rodamiento de forma que los ejes geométricos del eje y del rodamiento coincidan en todo momento.20). el roda­ miento suele encallarse y al contactar con el eje (mucho más frío) se enfría rápidamente (a la vez que se calienta el eje). • Debe preservarse la seguridad utilizando guantes especiales para manejar el rodamiento una vez se ha calentado. • Deben evitarse sobrecalentamientos locales. (a) Montaje en caliente con error de inclinación (b) El enfriamiento durante el montaje provoca daños en el eje Figura 5. se ha de poner especial cuidado durante la operación de mon­ taje en caliente.21. así como otros tipos de elementos (casquillos.del eje provocarán tensiones concentradas que pueden marcar el eje (gene­ ralmente más blando que el rodamiento) o incluso dañar el rodamiento. Producen un calentamiento muy rápido y uniforme in­ cluso en rodamientos de tamaño considerable. Estufa p ara el calentamiento de rodamientos . Este tipo de aparatos funciona por inducción de corrientes eléctricas en el interior del rodamiento. alojamientos. Para lograr un calentamiento uniforme del rodamiento. Permiten regular el tiempo de ca­ lentamiento o la temperatura y cuentan con un termómetro-sonda que mide la temperatura de forma continua deteniendo el proceso cuando se alcanza el valor deseado.21). la mejor forma de calentamiento es utilizar un calentador de inducción con desmagnetización automática (figura 5. Figura 5. Cuenta con un termostato y un armario dentro del cual se alojan los rodamientos. Por este motivo. También es útil para mantener la temperatura de rodamien­ tos calentados por otros medios. Tiene la ventaja de que permite calentar varios rodamientos al mismo tiempo. Los rodamientos pequeños pueden ser calentados por medio de una estufa de calentamiento (figura 5.).22). etc. En rodamientos de tamaño hasta mediano. existen diferentes apara­ tos que poseen un campo de aplicación determinado en función del tamaño del mismo. Existen apa­ ratos específicos para este fin que cuentan con un recipiente (más o menos grande) para el aceite y los rodamientos. Si se utilizan calentadores por inmersión en aceite. Los rodamientos que se calientan con este sistema no deben nunca contactar directamente con el fondo ni con las paredes laterales (ya que de ser así estarían recibiendo directamente el calor y el calen­ tamiento no sería uniforme). un sistema de calentamiento y un sis­ tema de control de la temperatura. Si la interferencia es . El más habitual es el montaje por enfriamiento en baño de nitrógeno líquido. Calentador de inducción para rodamientos - Finalmente. la forma más adecuada de calentar rodamientos de hasta gran tama­ ño consiste en la inmersión en baño de aceite caliente (figura 5.23a) y que mantienen el rodamiento a una cierta altura. existen métodos basados en enfriar la parte interior del ajuste.22. o ganchos laterales (figura 5. entonces se enfría el rodamiento.Figura 5. Montaje mediante enfriamiento. Aunque los calentadores de aceite constituyen una de las mejores mane­ ras de calentar rodamientos. Si la interferencia es entre el aro exterior del rodamiento y su soporte. también sirven para calentar otros elementos como casquillos o para mantener calientes rodamientos y elementos calentados por otros medios.23b) que permiten colgar los roda­ mientos. Para evitarlo.23). Como alternativa a los métodos de montaje en caliente. que reduce rápida y drásticamente la temperatura del elemento. el cual se contrae permitiendo el montaje. debe mantenerse siempre limpio el aceite para evitar que el rodamiento llegue a contaminarse con la su­ ciedad. cuentan con una bandeja o separador que se coloca en el fondo (figura 5. miento. Así. Alternativamente se puede utilizar un botador de metal blando y un martillo cuando el aro de interferencia es de difícil . Como en el caso del montaje. casquillos. el cual se contrae permitiendo el montaje. Los rodamientos pequeños (con escasa interferencia) pueden ser extraídos me­ diante un casquillo metálico y un golpe seco con un martillo. Aunque el rodamiento se vaya a desechar. no conviene golpearlo directamente ya que la fuerza de empuje no se reparte uniformemente en todo el aro y esto hace que el rodamiento tienda a in­ clinarse.3. El desmontaje en frío se realiza empleando herramientas de acción mecánica o hidráulica. Las herramientas mecánicas más utilizadas en el desmontaje son extractores. se debe empujar (o se debe estirar de) el aro que posee la mayor interferencia y nunca se debe golpear un rodamiento directa­ mente. Desmontaje en frío. pudiendo llegar a dañar el eje. La herramienta a utilizar para el desmontaje de un rodamiento depende del tamaño del mismo (ya que el tamaño está directamente relacionado con la carga que debe soportar y. Si la interferencia es entre el aro interior del rodamiento y el eje. en algunos casos puede enfriarse el eje.4. Calentamiento p o r inmersión en baño de aceite 5. Figura 5. botadores y martillos. con el grado de apriete del ajuste a presión) y del aro que posee mayor presión de ajuste. por tanto. el desmontaje se puede realizar sin la aplicación o con la aplicación de calor.23. para el desmontaje. DESMONTAJE DE RODAMIENTOS CON AGUJERO CILÍNDRICO El desmontaje de rodamientos debe realizarse siguiendo las mismas reglas que en el montaje. El casquillo debe apoyar sobre el aro de mayor interferencia.3. Son útiles. Extractor exterior de rodamientos Para rodamientos mayores (en los que la presión de interferencia es considera­ ble). Debido a la desmultiplicación que proporciona la rosca. En este caso. ca­ paz de vencer el rozamiento en el ajuste a presión.24. la ba­ se del extractor sale hacia afuera y las garras estiran suavemente del rodamien­ to.24) consiste en un sistema de garras (con dos o más uñas) conectadas a una base roscada por la que pasa un tomillo. Existen diferentes tipos que permiten ex­ traer rodamientos de hasta tamaño medio con ajuste a presión en cualquiera de los dos aros. En los ex­ tractores interiores existen dos subtipos. por tanto. Al apoyar el extremo del tomillo en el extremo del eje y atornillar el mismo. Utilizados conjuntamente con una bomba . En el primero las pestañas se insertan entre los dos aros (figura 5. Existen extractores exteriores e interiores. se utiliza un extractor mecánico. los golpes deben ser de pequeña intensidad y sucesivamente repartidos a lo largo de toda la longi­ tud del aro de interferencia. cuando la mayor interferencia ocurre entre el aro exterior y su alojamiento o cuando dicho alojamiento es no desmon­ table.25). con un momento de apriete del tomillo moderado se consigue una fuerza de extracción elevada. Los exteriores se colocan por fuera del rodamiento y sirven exclusivamente cuando el aro de interferencia es el in­ terior y el alojamiento del aro exterior se puede desmontar y retirar. mientras que en el segundo se insertan por de­ ntro del aro interior. También existen extractores en los que el accionamiento axial no es mediante elementos roscados sino hidráulico.acceso (generalmente se da en el aro exterior). Rodamiento Eje Extractor Figura 5. Un extractor (figura 5. el aro exterior) a medida que se realiza la extracción. el hombro puede llegar a tapar totalmente el aro interior de forma que las uñas de un extractor exterior no puedan llegar a engancharlo. se basa en la generación (mediante .25.26). Aunque uti­ lizando un extractor de accionamiento hidráulico (capaz de generar fuerzas de extracción de hasta 500 kN) probablemente se pueda conseguir extraer el roda­ miento. para la ex­ tracción de rodamientos de gran tamaño se suele utilizar un método de inyec­ ción de aceite (que generalmente se aplica al aro interior del rodamiento). se consigue distribuir más uniformemente la fuerza axial entre todos los elementos rodantes y en las superficies de las pistas de rodadura. terminarían dañando seriamente el eje y disminuyendo la interferencia con el nuevo rodamiento que se montara después. De esta forma.manual se consigue una fuerza de extracción muy superior. descrita en detalle más adelante. la situación descrita en el párrafo anterior se puede evitar fácil­ mente creando muescas en el hombro del eje que permitan a las uñas del extrac­ tor acceder al aro interior (de interferencia) del rodamiento (figura 5. cuan­ do la interferencia es con el eje y existe un hombro sobre el que se apoya el ro­ damiento. la presión de interferencia es tan elevada que ni siquie­ ra con extractores de gran tamaño es posible vencer el rozamiento. capaz de extraer ro­ damientos con mayor interferencia. Por ejemplo. En este caso la única solución es enganchar el aro exterior con el extractor. Esta técnica. el rozamiento y la posible existencia de partículas en la zona de interfe­ rencia. Extractor interior de rodamientos Uno de los problemas de los extractores es que. En grandes rodamientos. Sin embargo. pero se debe girar el extractor (y. con ello. en ocasiones. Por este motivo. Figura 5. la geometría del sistema no permite enganchar el aro de mayor interferencia. 27a). Ejerciendo una suave fuerza axial se extraen ambos aros simultáneamente (figura 5. De esta forma se con­ sigue sustituir el rozamiento seco por un rozamiento viscoso que es casi nulo.27c). Muescas en el eje p ara la utilización de un extractor - Desmontaje en caliente.presión) de una película de lubricante entre el aro y el eje. De esta forma solamente queda el aro interior que posee la inter­ ferencia con el eje (figura 5. Figura 5. Cuando la tarea de desmontaje en caliente se ha de realizar con gran frecuencia. Estos rodamientos son desmontables permitiendo. A continuación se cierra con presión el aro calentado sobre el aro ajustado y tras la transferencia de calor por conduc­ ción este último se dilata.27b). Este método es aplicable al desmontaje de aros inte­ riores de rodamientos de rodillos cilindricos sin pestañas en el aro interior (figura 5. también se puede utilizar una herramienta anular de calentamiento por induc­ . desmontar la parte externa del mismo (extrayendo el aro exterior junto con la jaula y todos los elementos rodantes) (figura 5.27d). Para su desmontaje existen aros especiales ranurados que se calientan a una temperatura de hasta 280°C y se colocan recu­ briendo el aro ajustado del rodamiento. Al anular el rozamiento se puede extraer el rodamiento con gran facilidad (ma­ nualmente o con la ayuda de un extractor). tras desmontar el alojamiento exterior del rodamiento.26. MONTAJE DE RODAMIENTOS CON AGUJERO CÓNICO Los rodamientos con agujero cónico tienen multitud de aplicaciones debido a sus importantes ventajas. los rodamientos con agujero .3. Esto permite restar holgura interna al rodamiento hasta el nivel deseado.4. Por estos y otros motivos.4. que se ajusta sobre el aro interior del rodamiento y lo calienta provocando su dilatación. Desmontaje del aro interior de un rodamiento de rodillos mediante la utilización de un aro de calentamiento 5. (c) (d) Figura 5.27. Además.ción. no requieren de un hombro en el que apoyar el rodamiento y las operaciones de montaje y desmontaje se pueden realizar sin aplicación de calor. se puede conseguir cualquier ajuste (variación continua) dentro de un rango determinado. Entre éstas se encuentra el hecho de que sin cambiar la geometría del eje ni del agujero. 28 se observa la situación del rodamiento antes y después del ca­ lado de un rodamiento de rodillos a rótula. especialmente en maquinaria de tamaños medio y ele­ vado. el ajuste a presión con el eje). La técnica de montaje en frío consiste en empujar axialmente el rodamiento de forma que. En ocasiones. Tras empujar axialmente el rodamiento (figura 5. Para evitar este problema. la distancia axial que el rodamiento recorre recibe el nombre de calado axial. estos rodamientos deben instalarse de forma que quede un pequeño juego interno durante el funcionamiento. En el montaje. Debido a que tanto los elementos ro­ dantes como el aro exterior caen por gravedad.28b). debido a su conicidad. coincidiendo con el lado de me­ nor diámetro. cuando el rodamiento se coloca sobre el eje.cónico son muy utilizados. además. la tabla aporta el rango de calado axial (los valores son orientativos) que . Los rodamientos de rodillos a rótula se fabrican con dos conici­ dades (1:12 y 1:30) y tres magnitudes de juego interno (Normal. En la figura 5. el ajuste cónico proporcionará deformación únicamente en el aro interior del rodamiento. no sufre deformación alguna mientras exista al­ gún juego interno en el rodamiento. la conicidad es pequeña y no resulta sencillo determinar cuál es el lado de menor diámetro del agujero. Este juego es reco­ mendado por el fabricante y se resume en la tabla 5. por el contrario. Montaje en frío. es importante aplicar aceite lubricante a las superfi­ cies de forma que queden cubiertas por una fina película.2. se observa cómo el juego interno se va reduciendo porque el aro interior es obligado a expandirse (apareciendo. Para un correcto funcionamiento. Durante el montaje no sólo las superficies cónicas del eje y del agujero deben estar limpias sino que. C3 y C4). además. éste es obligado a deformar­ se. aunque el montaje en frío es el em­ pleado en la mayoría de las aplicaciones.28a). Al montar rodamientos con agujero cónico es importante colocar bien los conos (de forma que coincidan en el lado en el que se encuentra el vértice del cono). El aro exterior. Al igual que en rodamientos con agujero cilindrico. Dado que la reducción del juego in­ terno que se obtiene durante el montaje es función de la conicidad y del calado axial. el juego interno aparece sobre el elemento rodante situado en la parte inferior (figura 5. Como la existencia de un pequeño juego in­ terno durante el funcionamiento es recomendable en rodamientos de rodillos a rótula. los rodamientos con agujero cónico se pueden montar en frío o en caliente. los rodamientos son habitualmente etiquetados solamente por un lado. La eliminación del juego interno es uno de los objetivos de los rodamientos con agujero cónico. En ella se especifica el juego que debe quedar después del montaje (jueg° en funcionamiento) para di­ ferentes rangos de tamaños de rodamientos. así. Para lograr que el juego interno se co­ loque sobre el elemento rodante situado en la parte superior (lugar mucho más accesible) hay que levantar (empujando el aro exterior desde abajo) el roda­ miento. observar en todo momento la evolución del mismo. lo que puede realizarse con una mano en rodamientos hasta un peso moderado. para introducir las galgas. Cuando el rodamiento está sujeto por el eje. de forma que sea posible medir el juego interno entre paso y paso y.será necesario en cada rango de tamaños para reducir el juego interno hasta el valor recomendado. El juego interno del rodamiento se verifica haciendo pasar. el juego se sitúa sobre el elemento rodante que queda en la parte inferior (figura 5.28. este calado axial puede medirse con la ayuda de un reloj comparador. Figura 5. Durante el montaje. Calado axial de un rodamiento con ajuste cónico Con el fin de obtener el juego recomendado durante el montaje.28a). este lugar resulta inaccesible ya que queda oculto tras la tuerca que empuja el rodamiento. . Pero. galgas de espesor calibrado para roda­ mientos a modo de calibre "‘pasa-no pasa”. In­ troduciéndolas desde el menor espesor hasta el mayor espesor se logra determi­ nar la cota superior del juego interno del rodamiento (indicada por la primera galga que no pasa). entre el elemento rodante y la pista de rodadura. hay que tener en cuenta dónde se sitúa el juego del rodamiento. En ocasiones. el calado axial necesario se debe realizar en varios pasos. Estas galgas son láminas de acero de espesor calibrado y se proporcionan en un juego con diferentes espesores. 055 0.70 1. Cuanto mayor sea su tamaño.035 0.180 1.30 800 900 0.10 140 160 0.200 0.20 7.100 0.300 0.100 0.130 0.40 2.75 120 140 0.540 0.00 6.30 15.290 0. será necesaria una mayor fuerza de empuje axial para calar el rodamiento hasta el nivel recomendado.090 0.80 8.50 15.00 6.00 2.00 315 355 0.260 2.00 4.050 0.20 2. el aro interior será más rígido y.110 0.70 3.60 1.40 355 400 0.350 0.70 3.090 0.mín 24 30 0.120 0.210 0.00 630 710 0.50 4.60 4.20 9.00 5.45 65 80 0.80 1120 1250 0.60 0.035 0.20 9.015 0.20 5.30 30 40 0.290 2.20 10.35 0.45 0.130 1.190 0.020 0.110 1.200 1.20 2. el calado se puede realizar utilizando un casquillo apoyado sobre el aro interior y golpeando con un martillo (de forma similar al .00 4. el roda­ miento está bien calado y listo para su uso.00 6.020 0.160 0.20 160 180 0.320 0.070 0.480 0. Diámetro del agujero (mm) > Juego interno (mm) admisible en funcionamiento.70 250 280 0.60 80 100 0.700 6.015 0.50 máx 2.070 0.240 2.150 1.080 0.40 6.50 8.430 0.70 3.025 0.00 5.220 1.50 19.040 0.80 17.050 0.60 225 250 0.570 5.170 0.70 2.060 0.310 0.90 1.640 6.025 0.080 0.60 710 800 0. la comprobación de eliminación del juego in­ terno debe realizarse girando el rodamiento y ladeándolo.030 0.00 10.360 3.50 7.230 0.130 0.00 7.00 23.70 100 120 0.10 1.035 0. Juego interno admisible en funcionam iento para rodamientos de rodillos a rótula En rodamientos de bolas a rótula.350 3. consecuentemen­ te.50 6.050 0.20 3.50 4.160 1.00 Tabla 5.200 0.30 14.75 0.00 11.270 0.170 0.00 25.065 0.70 560 630 0.30 1000 1120 0. La herramienta que se debe utilizar para empujar axialmente el rodamiento y proporcionar el calado axial necesario depende del tamaño del rodamiento.00 11.50 13.120 0.00 12.00 18.50 9.390 0.150 0.50 21.40 5.35 40 50 0.250 0.770 7. Cuando el rodamiento gira con facilidad pero presenta una ligera resistencia al ser ladeado.30 180 200 0.510 5.90 280 315 0.40 0.40 1.100 0.00 9.00 4.40 200 225 0.70 8.50 13.40 50 65 0.100 0. en función del juego interno inicial Normal C3 C4 Calado axial necesario* (mm) Conicidad 1:12 Conicidad 1:30 máx 0.130 0.00 3.50 17.025 0.30 3.410 4. En rodamientos pequeños.30 500 560 0.080 0.140 0.70 900 1000 0.340 0.00 3.230 0.70 7.20 4.90 2.450 4.80 mín 1.60 400 450 0.310 3.10 450 500 0.70 5.055 0.040 0.2.055 0.40 * Valores orientativos válidos únicamente para ejes macizos de acero. Debido a la falta de control en los impactos.19). los rodamientos pequeños también pueden ser calados utilizando una tuerca de fijación y una llave de gancho (figura 5. este método de montaje no es recomendable en aplicaciones de preci­ sión.29. tanto el calado axial como el juego interno deben ser medidos varias veces durante el montaje. figura 5. Como se ha mencionado anteriormente. Llaves de gancho y de impacto p ara el calado de rodamientos con agujero cónico Si el asiento tiene rosca. Altemati- . Figura 5.montaje de rodamientos pequeños con agujero cilindrico.29). los rodamientos de hasta tamaño medio. la forma más adecuada de montar rodamientos con un diámetro de agujero mayor que 50 mm es utilizando una tuerca hidráulica o un método de inyección de aceite. el émbolo proporciona fuerzas elevadas que per­ miten calar el rodamiento cómodamente utilizando una bomba manual. se pueden montar utilizando una tuerca de fijación. el eje y el agujero deben estar bien lubricados y los golpes deben ser firmes pero de intensidad moderada. El aceite a presión forma una película entre el aro interior del rodamiento y el eje que disminuye el rozamiento y permite empujar axialmente el rodamiento con faci­ lidad utilizando una llave de gancho o. el método de inyección de aceite consiste en introducir aceite lu­ bricante a presión en la zona de interferencia a través de una pequeña ranura circunferencial practicada en la superficie cónica del eje (figura 5. la formación de una película de aceite impide que el eje sea dañado (rallado y desgastado) por el rozamiento inherente del proceso. La tuerca hidráulica (figura 5. en caso de ser necesario. una llave de impacto y un martillo (figura 5.vamente. Al contrario que en otros métodos de montaje en frío. una llave de impacto. Así. Como en el resto de casos.31).30) consiste en una tuerca con un émbolo que se desplaza axialmente y es empujado por el lubricante introdu­ cido a presión a través de una válvula. este método está especialmente indicado para los casos en los que el montaje y desmontaje del rodamiento se realiza con . Junta tórica Sin embargo. Por otro lado. Dado que la superficie del émbolo ex­ puesta a la presión es grande.29). Como la dilatación debida al calentamiento proporciona una holgura considera­ ble. Finalmente. Por este motivo. se pue­ de llegar a una situación de presión de ajuste excesiva que reduzca notablemen­ te la vida útil del rodamiento. cuando se emplea una técnica de montaje en caliente conviene utilizar un resalte (elemento anular) que se coloca antes que el rodamiento.32). Los rodamientos con agujero cónico se pueden montar en caliente utilizando cualquiera de las técnicas explicadas para rodamientos de agujero cilindrico. la intensidad de la interferencia final dependerá del calado axial del rodamiento. La longitud (axial) del resalte debe ser la adecuada para que cuando el rodamiento . apoyando sobre un hombro del eje (figura 5. dado que en este caso el agujero es cónico. Montaje en caliente. los casos más severos pueden ser montados cómodamente y sin provocar daños en los elementos mediante la utilización combinada del método de inyección de aceite y una tuerca hidráulica. si no se tiene especial cuidado en proporcionar el calado adecuado. Sin embargo.cierta frecuencia o cuando el rodamiento es de tamaño considerable (ya que en­ tonces las fuerzas de fricción son elevadas). 5.4. las dos únicas alternativas para su desmontaje son la utilización de medios mecánicos y el método de inyección de aceite. la interferencia final (tras el enfriamiento) sea la deseada. se pueden utilizar extractores hidráulicos en los que. Si esto no fuese posible. Desmontaje por medios mecánicos. Consiste en la utilización de extractores de forma similar al desmontaje en frío descrito anteriormente para rodamientos con agujero cilindrico. El método de inyección de aceite resulta particularmente útil para el desmontaje de rodamientos con agujero cónico. Los extractores convencionales permiten desmontar rodamientos de pequeño tamaño. la presión expande el aro interior del rodamiento formando una pelí- - . por lo que se recomienda el método de inyección de aceite. es­ pecialmente cuando su tamaño es considerable. Además.33). DESMONTAJE DE RODAMIENTOS CON AGUJERO CÓNICO Cuando un rodamiento con agujero cónico va a ser montado directamente sobre el eje. siempre que sea posible.3. se consiguen fuerzas de extracción muy superiores. los medios mecánicos no suelen ser suficientes para extraer el roda­ miento sin dañar el eje. 5. Para rodamientos de tamaño medio. Se debe cuidar especialmente el centrado del extractor. las pestañas del extractor deben apoyarse sobre el aro interior (de interferencia).se monte haciendo tope en el mismo. el eje debe estar pre­ parado con un conducto por el que se inyecta el lubricante y una ranura circun­ ferencial en la zona de interferencia (figura 5. En el caso de grandes roda­ mientos. Para ello. Desmontaje por inyección de aceite. con el fin de no dañar el asiento cónico. gracias a la presión de una bomba hidráulica manual. Al inyectar el aceite por dicho conducto. debe realizarse la extracción suavemente y girando lenta­ mente el rodamiento con el fin de repartir la fuerza de extracción. Cuan­ do se inyecte el lubricante. la fricción seca entre las dos partes es sustituida por la fricción viscosa del lubricante. el rodamiento no se puede extraer manualmente. Debido a su rigidez. Generalmente. la rigidez del aro interior frente a la expansión del mismo es enorme.33). lo consigue movién­ dose axialmente hacia afuera. antes de la inyección del aceite. el rodamiento saldrá con gran velocidad impactando en la tuerca. en uno o dos pasos. al disminuir el coeficiente de rozamiento. se debe repetir el proceso colocando de nuevo la tuerca a menos de 1 mm del rodamiento y volviendo a inyectar aceite. que es mucho menor. Así.33. Si. Por esto. tras desenroscar la tuerca. el rodamiento queda completamente libre y se puede desmontar ma­ nualmente. el rodamiento tiene tal tendencia a cerrarse recuperando su forma que sale disparado axialmente hacia afuera. . se debe colocar una tuerca (sin arandela ya que la arandela puede dañar los filetes de la rosca a la salida del rodamiento) que haga de tope a una distancia del rodamiento no superior a 1 mm (figura 5. pudiendo provocar daños en la rosca del extremo del eje o incluso en las personas. Figura 5. Desmontaje de un rodamiento con agujero cónico mediante inyección de aceite Debe notarse que en rodamientos de tamaño medio o grande. Por este motivo. cuando se forma la película de lubricante. el aro interior del rodamiento tiene gran tendencia a recuperar su forma inicial y.cula entre éste y la superficie del eje. 6.El método de inyección de aceite es preferible a cualquier otro. Así. debido a que se elimina completa­ mente la fricción. ranura y extremo roscado que se ubican sobre ejes cilindri­ cos y sobre los que se sitúan los rodamientos con agujero cónico (figura 5. Los manguitos son casquillos cónicos con agujero cilindrico. Montaje de un rodamiento con agujero cónico sobre un manguito Las ventajas de la utilización de manguitos son numerosas. A continuación se describen las más importantes: . el número de operaciones de montaje y desmontaje que puede soportar antes de presentar síntomas de daño es virtualmente ilimitado. el eje nunca resulta dañado por el rozamiento (desgaste). 5.34) Ranura Figura 5. Sus ventajas son numerosas pero la más importante es que. MONTAJE Y DESMONTAJE DE RODAMIENTOS CON AGUJERO CÓNICO UTILIZANDO MANGUITOS Una alternativa para el montaje y la ubicación de rodamientos con agujero cóni­ co consiste en la utilización de manguitos.3.4.34. Como en el caso de ejes cónicos. Así. Cuando se utilizan manguitos. el control de la interferencia se realiza controlando el calado axial del rodamiento sobre el manguito. Dicho man­ guito posee una ranura longitudinal (figura 5. mientras que para rodamientos de mayor tamaño se puede utilizar una tuerca hidráulica. Esta brida solamente sirve de tope que ubica axialmente el rodamiento. Los manguitos simplifican notablemente el montaje y desmontaje. existen dos tipos de manguitos para el montaje de rodamientos con agujero cónico (figura 5. El montaje de rodamientos con agujero cónico sobre manguito de montaje se realiza empleando los mismos métodos que cuando es montado sobre un eje con asiento cónico. De esta forma se asegura un perfecto ajuste entre las superficies en contacto. lo cual es práctico cuando la frecuencia de cambio de rodamiento es elevada. Así. el aro interior del rodamiento se monta siempre con interferencia. En algunos casos. Tipos de manguitos para rodamientos con agujero cónico - Manguito de montaje.36a). en rodamientos pequeños. el eje puede ser cilindrico y mecanizado con la misma precisión en toda su longitud. se pueden utilizar llaves de impacto o de gancho.34) que facilita el cierre del cono sobre el eje cuando el rodamiento es calado axialmente. sino que también asegura la existencia del hueco necesario (distancia de desmontaje) para el posterior desmontaje del ro­ damiento. Debido a que existen dos formas posibles de colocar el cono en relación al ex­ tremo del eje. es habitual utilizar una brida sobre el que apoya el rodamiento (figura 5.35): manguito de montaje y manguito de desmontaje. . Cuando se emplea un manguito de montaje.- - El empleo de manguitos evita tener que mecanizar con precisión la superfi­ cie cónica en el eje.35. (a) Manguito de montaje (b) Manguito de desmontaje Figura 5. la utilización de manguitos permite ubicar el rodamiento en cualquier posición a lo largo del eje. Al inyectar aceite a presión el émbolo tiende a moverse hacia la derecha. será la base de la tuerca hidráulica la que se mueva a la iz­ quierda. Pero como el rodamiento no tiene posibilidad de moverse hacia la izquierda (ya que está apoyado en la brida). Montaje y desmontaje de un rodamiento sobre un manguito de montaje utilizando una tuerca hidráulica Con un manguito de montaje también es posible emplear la técnica de montaje en caliente. para no necesitar otra tuerca hidráulica de diferente diámetro. el émbolo de ésta empuja el rodamiento.En la figura 5. Para ello se suele emplear el extremo roscado del eje.36b).36a se observa cómo al inyectar a presión el aceite en la tuerca hidráulica. de forma que se anule la presión del ajuste.36. El desmontaje se realiza empujando el manguito hacia adentro. en medir tanto el calado axial como la holgura interna del rodamiento. En este caso. En la figura 5.36 se muestra la forma de montar y desmontar un rodamiento so­ bre un manguito de montaje utilizando una tuerca hidráulica. pero como la tuerca fija en el eje se lo impide. La forma de controlar el ajuste cuando se utiliza un manguito de montaje con­ siste. Émbolo Tuerca hidráulica (a) Montaje (b) Desmontaje Figura 5. es la base de la tuerca la que se mueve hacia la derecha. se ha de poner especial cuidado en medir la distancia axial que se desplaza el manguito cuando el rodamiento está dilatado y apoyado . se pue­ de invertir la tuerca hidráulica utilizada para el montaje y apoyar el émbolo so­ bre una tuerca normal enroscada en el eje (figura 5. Para ello se puede utilizar un reloj comparador orientado axialmente y apoyado sobre el ex­ tremo externo del manguito (o cualquier tuerca que se mueva solidariamente con él). arrastrando el manguito y consiguiendo así el ajuste a presión. Pero. arrastrando el manguito y desmontando el rodamiento. como cuando se monta directamente sobre un eje con asiento cónico. cambiando el sentido en cada operación. Poseen conductos y ranuras circunferenciales similares a los de los ejes (explicados anteriormente).37).37a) mientras que para el desmontaje se ha de estirar de él hacia fuera (figura 5.37b). Para ello se recomienda utilizar una tuerca hidráu­ lica. las técnicas que se pueden utili­ zar son las mismas que cuando se emplea un manguito de montaje. Tuerca hidráulica Émbolo (a) Montaje (b) Desmontaje Figura 5. no siendo necesario el empleo de bridas o distanciadores en la mayoría de casos (figura 5. El manguito de desmontaje constituye una alternati­ va útil para la sujeción de rodamientos con agujero cónico. Cuando se emplea un manguito de desmontaje. ya que la holgura tras la dilatación puede ser elevada y. Existen ciertos manguitos de desmontaje aptos para el método de inyección de aceite. Montaje y desmontaje de un rodamiento sobre un manguito de desmontaje utilizando una tuerca hidráulica . La posición del manguito con el vértice del cono hacia adentro hace más cómodo el montaje y desmontaje contra un hombro del eje. Manguito de desmontaje.37. la presión del ajuste puede ser excesiva. tras el enfriamiento. Así.sobre la brida. Estos manguitos están indicados para el montaje de rodamientos de gran tamaño con gran ajuste a presión y su uso combinado con la utilización de tuercas hidráulicas constituye el método ideal para el montaje de dichos rodamientos. No se debe estirar axialmente del manguito tanto como se puede. se ha de empujar el casquillo hacia adentro (figura 5. para el montaje. especialmente para rodamientos de tamaño moderado y elevado. Estas micro-grietas provocan una concen­ tración de tensiones elevada que acentúa la plastificación localizada del mate­ rial. tiene siempre un comienzo y se intensifica con el tiempo de funcio­ namiento (aunque excepcionalmente puede incluso intensificarse cuando la máqui­ na esté parada). ralladuras o muescas que deben siempre considerarse un síntoma de falta de calidad en el funcionamiento. La segunda. La fatiga superficial se inicia con la aparición de micro-grietas en las pistas de rodadura o en los elementos rodantes. si las condiciones no son óptimas o si el rodamiento no es adecuado. Suele estar provocado por dos causas fundamentales. que generalmente se da en la superficie de las piezas y es debido a las elevadas ten­ siones de contacto entre los elementos rodantes y los aros. Las piezas que constituyen los rodamientos están some­ tidas a cargas que varían con frecuencias relativamente elevadas. dando origen a microsoldaduras que poste­ riormente producirán el estriado. arrancando partes microscó­ picas del material. el desgaste se intensifica dando lu­ gar a abrasión.3. Sin embargo. produciéndose micro-soldaduras. Estriado.5. Este fenómeno repetido da lugar a cráteres pequeños (pero visibles) que reflejan un deterioro acentuado de la superficie. Este daño. La más importante es el paso de corriente eléctrica a través de las partes metálicas del rodamiento. Las diferentes modali­ dades de daño físico se clasifican en: Desgaste. En ocasiones. Todo rodamiento sufre desgaste en la práctica incluso cuando el roda­ miento funciona en condiciones óptimas. El estriado es un desgaste peculiar. que pueden deberse a dife­ rentes causas. lo cual ayuda al crecimiento de las primeras hasta convertirlas en grietas observables a simple vista. El desgaste es la consecuencia del rozamiento entre piezas del roda­ miento. Sin embargo. es - - - . F A L L O E N R O D A M IE N T O S El fallo de un rodamiento siempre supone un daño físico en el material del mismo.5. que puede ser provocado por numerosas causas analizadas a continuación. Aparición de grietas. un desgaste severo se debe a que las piezas contactan en condi­ ciones de elevada temperatura. éstas no son suficientes para el gripado total del elemento y la inercia de los elementos rodantes provoca la separación violenta. mucho más común. El daño físico de un rodamiento suele estar asociado a la pérdida de material. a la rotura del mismo o a un cambio en su estructura química. Desconchado. La variabili­ dad de estas cargas da lugar al fenómeno de fallo por fatiga del material. La primera es la existencia de golpes durante la instalación o el funcionamiento y obedece a una manipulación incorrecta del rodamiento. necesarias para transmitir la carga que soporta el rodamiento. de forma que las superficies des­ gastadas presentan surcos más o menos rectilíneos. 1. llegan a contactar con el mismo.3. desde la puesta en marcha de la máquina.5. En cualquier caso. manifestarán síntomas secundarios que pueden enmascarar las causas principales. Oxidación o corrosión. Los rodamientos en perfecto estado de funcio­ namiento sufren en su interior dos tipos de fricciones. Por un lado. Cambios de color. estar asociado con defectos en la lubricación y en las obturaciones del roda­ miento.- - - la consecuencia del fallo por fatiga. Para el diagnóstico de problemas de funcionamiento en rodamientos es fundamental detectar los primeros síntomas. Agrietamiento o rotura. Las grietas provocadas por el fenómeno de la fatiga superficial continúan creciendo hasta unirse unas con otras provocando el desprendimiento de una porción de material. esta fricción provoca calor que termina por incrementar la temperatura del ro­ damiento. Esto significa que está dando muestras de su deterioro (grie­ tas) desde muchas horas atrás. Conllevan un cambio metalúrgico importante que reduce notablemente las capacidades mecá­ nicas del material. Así. por otro. el rodamiento está ya muy deteriorado y ha consumido la mayor par­ te de su vida útil. la fricción debida a la rodadura de los elementos y. que da lugar al desconchado. la fricción viscosa debida al movimiento del lubricante. a su vez. Cuando la lubricación es adecuada. llegando a temperaturas cercanas al punto de fusión. quedando solamente la segunda. Generalmente se debe a un trato indebido (calentamiento con un soplete) o a una sobrecarga térmica durante el funcionamiento. ya que las causas principales del mal funcionamiento generan con rapidez otras causas secundarias que. co­ mo agua o ácidos. Este fallo suele. el rodamiento se va ca­ lentando (régimen térmico transitorio) hasta que el calor generado se iguala con . la primera es prácticamente inexistente. Se produce cuando líquidos nocivos para el acero. Están siempre asociados a sobrecalentamientos localizados en el metal. SÍNTOMAS DE FALLO Los rodamientos son un tipo de elemento mecánico que muestra síntomas evi­ dentes cuando su funcionamiento es inadecuado. 5. por tanto. Generalmente es la consecuencia de un trato incorrec­ to (golpes) proporcionado al rodamiento. terminará fallando antes por otro motivo que por el agrietamiento hasta la rotura de uno de sus componentes. Los síntomas principales que reflejan un mal funcionamiento de los rodamien­ tos son los siguientes: Rodamiento sobrecalentado. En este punto. Esto significa que si un rodamiento es tratado correctamente en todo momento (especialmente durante su montaje). co­ mo agua o ácidos. a su vez. Cuando la lubricación es adecuada. Los rodamientos en perfecto estado de funcio­ namiento sufren en su interior dos tipos de fricciones. 5. la primera es prácticamente inexistente.5. esta fricción provoca calor que termina por incrementar la temperatura del ro­ damiento. manifestarán síntomas secundarios que pueden enmascarar las causas principales. En este punto. SÍNTOMAS DE FALLO Los rodamientos son un tipo de elemento mecánico que muestra síntomas evi­ dentes cuando su funcionamiento es inadecuado. Se produce cuando líquidos nocivos para el acero. la fricción debida a la rodadura de los elementos y. el rodamiento está ya muy deteriorado y ha consumido la mayor par­ te de su vida útil.- - - la consecuencia del fallo por fatiga. Agrietamiento o rotura.1. ya que las causas principales del mal funcionamiento generan con rapidez otras causas secundarias que. Las grietas provocadas por el fenómeno de la fatiga superficial continúan creciendo hasta unirse unas con otras provocando el desprendimiento de una porción de material. llegando a temperaturas cercanas al punto de fusión. Cambios de color. Este fallo suele.3. En cualquier caso. llegan a contactar con el mismo. Esto significa que si un rodamiento es tratado correctamente en todo momento (especialmente durante su montaje). estar asociado con defectos en la lubricación y en las obturaciones del roda­ miento. el rodamiento se va ca­ lentando (régimen térmico transitorio) hasta que el calor generado se iguala con . Generalmente se debe a un trato indebido (calentamiento con un soplete) o a una sobrecarga térmica durante el funcionamiento. que da lugar al desconchado. Así. Esto significa que está dando muestras de su deterioro (grie­ tas) desde muchas horas atrás. por otro. por tanto. Están siempre asociados a sobrecalentamientos localizados en el metal. terminará fallando antes por otro motivo que por el agrietamiento hasta la rotura de uno de sus componentes. la fricción viscosa debida al movimiento del lubricante. Los síntomas principales que reflejan un mal funcionamiento de los rodamien­ tos son los siguientes: Rodamiento sobrecalentado. Conllevan un cambio metalúrgico importante que reduce notablemente las capacidades mecá­ nicas del material. Generalmente es la consecuencia de un trato incorrec­ to (golpes) proporcionado al rodamiento. desde la puesta en marcha de la máquina. Por un lado. Para el diagnóstico de problemas de funcionamiento en rodamientos es fundamental detectar los primeros síntomas. quedando solamente la segunda. Oxidación o corrosión. Sustituciones frecuentes. La vibración de un rodamiento está directamente relacionada con el ruido. Por este motivo. cuando uno o varios rodamientos presentan algún tipo de deterioro. La medida de vibra­ ciones es uno de los métodos más efectivos de análisis del funcionamiento de un rodamiento. Cuando el rodamiento sufre algún tipo de defecto. Funcionamiento poco satisfactorio de la máquina. ambos síntomas van asociados y con frecuencia se producen al mismo tiempo. resulta prácticamente imposible crear un modelo que permita predecir la condición térmica de funcionamiento. este funcionamiento insatisfactorio se muestra de manera objetiva en la cantidad . Cuando se de­ teriora. es normal que la duración del rodamiento sea inferior. zumbante. incluso en este caso. Muchas veces este sínto­ ma no es directamente medible y solamente es captado por la intuición del ope­ rador que tras muchas horas haciendo trabajar la máquina reconoce un período en el que la máquina está rindiendo menos que en otros períodos. Si. posteriormente las condiciones de funcionamiento son distintas de las idea­ les recomendadas por el fabricante. los rodamientos se seleccionan para una vida útil determinada. el soporte y la bancada en los que opera. Vibración. En general. uno de los síntomas más objetivos de que hay una causa enmascarada (no descubierta) que provoca el fallo acelerado del roda­ miento es el incremento de la frecuencia de las sustituciones.- - - - el calor que el rodamiento puede disipar por conducción. la temperatura se estabiliza y el rodamiento funciona en régimen térmico permanente. continuo y suave. el fenómeno de generación de calor se intensifica. Pero. Muchas causas de mal funcionamiento de un rodamiento conllevan un incremento de la intensidad de vibración en el mismo. Rodamiento ruidoso. Un rodamiento en buen estado emite un ruido sordo. Otras veces. Todas las causas de fallo de rodamientos reducen su vida útil. En gran cantidad de ocasiones. etc. la tempe­ ratura y humedad del ambiente. que refleja la suavidad del movimiento interno. el ruido cambia pudiendo transformarse en un ruido intenso. silbante o a golpes. el deterioro de un roda­ miento conlleva un cambio en el ruido que genera y que se transmite por vibra­ ción a través del soporte. pulsátil. la intensidad y el tipo de carga que soporta. La temperatura de un mismo rodamiento en régimen permanente depende de numerosos factores entre los que se encuentran: el tipo y tamaño del rodamien­ to. el tipo de lubricación. la máquina refleja esta si­ tuación con un pobre rendimiento de funcionamiento. Durante el diseño de la máquina. Así. En ese momento. un incremento consolidado de la fre­ cuencia de sustitución suele indicar una causa de fallo acelerado. convección y radia­ ción. por lo que el punto de equilibrio en el balance térmico se modifica y la temperatura de funcionamiento cambia (incrementándose siem­ pre). periódico. Por este motivo. no preparados para ello. resaltes. Incluye todos los defectos en el funcionamiento derivados de una u otra forma de la existencia de defectos en la lubricación del rodamiento. Defectos en las obturaciones. Las causas más comunes de fallo se pueden agrupar en las siguientes categorías: Defectos en la lubricación. Como en el síntoma anterior.- - de producto que la máquina elabora o en la frecuencia de sustitución de otras piezas. contactan directamente produciéndose fricción y desgaste.) están deformados. Por este motivo re­ sulta fundamental conocer bien la relación entre causas y síntomas como única alternativa para determinar las que provocan el mal funcionamiento. Incluye todas las causas de mal funcionamiento relacionadas con las obturaciones. En cualquier caso. 3. 5. Un rodamiento sin daños y correctamente monta­ do debe dar la sensación de estar rígidamente unido al eje que soporta (salvo por el hecho de que el giro del eje está permitido). Hace referencia a todas las situaciones en las que dos elementos con movimiento relativo. si el rodamiento se en­ cuentra en perfectas condiciones de uso y está bien montado. Rodamiento suelto en el eje. cualquier sensación de que se requiere una fuerza excesiva para girar el eje. el funcionamiento del rodamiento no es adecuado. que acortará sensiblemente su vida útil. Du­ rante la inspección. CA USAS DE FALLO Las causas que pueden provocar un mal funcionamiento son casi infinitas y ca­ da una de ellas puede manifestarse según múltiples síntomas.5. o de que el movimiento de rotación no es suave constituye un síntoma claro de que el rodamiento está defectuoso o de que su montaje es defi­ ciente. - - - . Cualquier otra sensación dis­ tinta de la de rigidez es un síntoma de un mal montaje o de deterioro interno del rodamiento. este funcionamiento pobre puede ser un síntoma de un funcionamiento defectuoso de los rodamientos. el eje debe poder girar fácilmente. etc. Interferencia entre elementos. el movimiento debe ser suave y sin vibraciones.2. Además. El eje se resiste al giro. Elementos incorrectos o deformados. Cuando los elementos del rodamiento o los elementos externos al mismo que están directamente relacionados con él (soportes. Juego insuficiente. Diferentes causas pueden producir la existencia de un juego insuficiente en el interior del rodamiento. RELACIÓN ENTRE SÍNTOMAS Y CA USAS Cada causa de fallo de los rodamientos que soportan un eje tiene una relación directa sobre los síntomas. Conocer esta relación resulta fundamental para detectar la necesidad de cambio de un rodamiento o para corregir deficiencias en el funcio­ namiento de la máquina. La supervisión de los rodamientos posee una im­ portancia significativa en el campo del mantenimiento preventivo. por lo que esta tarea suele requerir experiencia.3. provocan el mal funcionamiento de este último. cambiando el rodamiento en la siguiente .3. En la tabla 5. 7) El eje se resiste al giro. incluso si no fuese posible eliminarla. que son extemos al rodamiento.6. sino de varios. O P E R A C IO N E S D E M A N T E N IM IE N T O D E R O D A M IE N T O S Como la mayor parte del resto de componentes de máquinas. 5.3.3 se muestra un cuadro sinóptico que rela­ ciona causas con los síntomas fundamentales descritos anteriormente. permi­ tiría evitar una situación de fallo total. 5. Pero. 3) Sustituciones frecuentes.5. los rodamientos son elementos mecánicos que necesitan de un mantenimiento periódico para un funcionamiento óptimo y para que su fallo no impacte sensiblemente sobre el pro­ grama de producción industrial. Algunos defectos de la máquina.- Defectos externos al rodamiento. 4) Vibración. cuya corres­ pondencia con los números de la tabla se describe a continuación. Esta elevada interrelación puede dificultar la identificación de la causa exacta. La identifica­ ción prematura de un síntoma de daño en un rodamiento permitirá identificar la causa real del fallo y eliminarla. 1) Rodamiento sobrecalentado. 2) Rodamiento ruidoso. 6) Rodamiento suelto en el eje. 5) Funcionamiento poco satisfactorio de la máquina. tales como el desequilibro o la desalineación.3 se observe una densidad notable de marcas (♦ ) indica que la mayoría de las causas conlleva la aparición no de un único síntoma. El hecho de que en la tabla 5. El rodamiento tiene. esto se debe a un defecto de diseño (poco corriente).3. Tabla 5. El eje roza con las obturaciones. Cuadro sinóptico de relaciones causas-síntomas en fa llo de rodamientos ♦ ♦ ♦ ♦ 2 ♦ ♦ SINTOMAS 3 4 5 6 ♦ ♦ 7 ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ . En los casos de dilatación importante se debe asegurar que uno de los rodamientos constituye un soporte axialmente móvil.Si el eje constituye una fuente externa de calor para el rodamiento. ácidos y otros agentes corrosivos. El lubricante es escaso: el nivel de aceite es bajo (pérdidas) o falta grasa. Las obturaciones están muy apretadas o deformadas debido a la presión de elementos externos. En lubricación forzada. Las obturaciones rozantes se han desgastado y están permitiendo la entrada de agua.sesión programada de mantenimiento de la máquina. CAUSAS 1 La grasa o el aceite no es el adecuado para las condiciones de funcionamiento. El orificio del alojamiento es de tamaño insuficiente. La dilatación im prevista del eje carga excesivamente los roda­ mientos. Las obturaciones están rozando con otros elementos con los que no se mueven solidariamente (por ejemplo: rozamiento entre los dos lados del laberinto). esto se debe a un montaje incorrecto del rodam iento (calado axial excesivo). Esto puede deberse a numerosas causas: .Si la superficie de interferencia es cilindrica. los conductos del lubricante están blo­ queados y no se produce la circulación necesaria. Así. permiten la salida del lubricante y la entrada de sucie­ dad al rodamiento. evitando así las paradas ines­ peradas durante el ciclo de producción que tanto encarecen los costes. El lubricante es excesivo. mientras que si es cónica. Las obturaciones rozantes se han desgastado y no sellan bien la junta. una vez montado. un juego interno insufi­ ciente. Puede darse cuando el rodam ien­ to apoya directamente sobre un hombro del eje. lo que incrementa la fricción viscosa que genera calor. . la dilatación excesiva del aro interior reduce el juego interno pudiendo llegar a anularlo completamente. Un ejemplo común es el rozamiento que en ocasiones se produce entre las pestañas de la arandela de retención y la jaula del rodamiento. El rodamiento posee un juego nominal interno excesivo. Algunos elementos de la máquina están desequilibrados y produ­ cen vibraciones. el orificio ya no se ajusta bien al aro exterior del rodamiento y éste gira dentro del alojamiento. o de la tuerca de fijación están descuadrados respecto al asiento del rodamiento. Los soportes están desalineados de forma paralela o angular (la alineación es tanto más importante en ejes soportados por más de dos rodamientos). 2 SINTOMAS 3 4 5 6 7 ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ tabla 5. Los resaltes del eje (hombros). Cuadro sinóptico de relaciones causas-síntomas en fa llo de rodamientos (continuación) . Parte plana en un elemento rodante debido a deslizamientos (probablemente causados por arranques demasiado rápidos). del alojamiento. El orificio del alojamiento se ha agrandado. Algún elemento fijo roza con algún elemento móvil. El rodamiento se ve sometido a vibraciones mientras la máquina está parada. Generalmente debido a la falta de dureza del material. rebabas. lo que da lugar a vibraciones. depósito de suciedad. El eje y el aro interior están deformados o el alojamiento y el aro exterior están deformados. probablemente debido a un ventilador destinado a refrigerar otros componentes de la máquina. defectos de fabricación. Puede deberse a una elección incorrecta del soporte (du­ rante el diseño de la máquina). La carga externa está desequilibrada. El diámetro del eje es demasiado pequeño (ajuste con poca pre­ sión) o el manguito no está suficientemente apretado.CAUSAS 1 El orificio del alojamiento no es redondo y comprime el roda­ miento.3. Sobre el rodamiento incide una corriente de aire que produce pérdidas de lubricante. Los componentes móviles de la máquina interfieren con el sopor­ te del rodamiento. El elemento rodante está mellado (m arcado) debido a algún golpe (probablemente producido durante el montaje). deformaciones debidas al funcionamiento de la máquina. etc. La deformación en el asiento del eje o del agujero del alojamiento provoca una distribución no uniforme de la c a rg a . Estetoscopio p ara escuchar los ruidos en rodamientos - Escuchar. deben realizarse durante las paradas programadas para mantenimien­ to. Es una forma común para detectar deficiencias en el funcionamiento de cualquier máquina. mientras que otras requieren que la máquina esté parada y. conse­ cuentemente. como en otros casos. En la actualidad existen herramientas complejas de monitorización que permiten antici­ parse enormemente al fallo de un rodamiento. las hay desde muy simples y sencillas hasta más complejas.3. A continuación se exponen las más impor­ tantes: Figura 5.6. sin embargo. de la severidad del entorno de funcionamiento y de la criticidad de la máquina en el proceso productivo.38.1. Dentro de las operacio­ nes de inspección y mantenimiento de rodamientos. la operación de escuchar se . 5.La frecuencia de inspección y la posibilidad de monitorización de los rodamien­ tos de una máquina depende. detectar una posible desviación de las condiciones óptimas de funcionamiento. Casi todas permiten detectar la gran mayoría de síntomas de fallo con anticipación suficiente como para programar la sustitución del rodamiento en caso de ser necesario. INSPECCIÓN CON MÁQUINA EN MARCHA Durante el funcionamiento de la máquina se pueden observar y medir algunos de los parámetros de funcionamiento del rodamiento que permiten comparar la situación en ese instante con otras anteriores y. en la mayoría de los casos estas herramientas no son necesarias y pueden ser sustituidas por tareas de inspección más simples. Algunas de las tareas de inspección deben llevarse a cabo cuando la máquina está en marcha. En el caso de rodamientos. de esta forma. Como regla general se puede considerar que un funcionamiento prolongado a una temperatura superior a 125°C puede ser perjudicial para el ro­ damiento. Termómetro digital .potencia mediante el uso de un aparato amplificador o estetoscopio (figura 5.4. claro y suave Ruidos intermitentes Ruidos varios Causa posible Lubricación inadecuada o suciedad en el interior Juego interno insuficiente Indentaciones en las pistas de rodadura Daño en los elementos rodantes Daño y arañazos en los aros (probablemente durante el montaje) Tabla 5. En la tabla 5. Una alta temperatura es un claro síntoma de que el rodamiento está fun­ cionando mal. rechina o emite otros sonidos irregulares. Algunos sonidos y sus causas posibles en rodamientos defectuosos - Tocar. suele ser señal de deficiencia en el funcionamiento. acortando sensiblemente su vida útil.39. Tipo de sonido Chirridos Sonido metálico Sonido de vibración.38). Cuando el rodamiento cruje. Un rodamiento funcionando en condiciones óptimas emite un zumbido suave y continuo.4 se muestran algunos sonidos típicos y sus causas más probables. Figura 5. - - - Las causas más comunes del sobrecalentamiento de un rodamiento son el exce­ so o defecto de lubricación, la existencia de impurezas en el lubricante, las so­ brecargas en el funcionamiento, la existencia de daños previos en el rodamiento, la falta de juego interno (precarga) y el rozamiento con obturaciones y elemen­ tos externos al rodamiento. Es necesario hacer notar que tras operaciones de lu­ bricación y relubricación es normal un aumento de temperatura durante un pe­ ríodo que puede durar hasta unos pocos días. En la actualidad, la comprobación de temperatura se realiza mediante termóme­ tros digitales (figura 5.39) que permiten palpar la carcasa o las partes vistas del rodamiento y comprobar la temperatura de funcionamiento. Observar. Es otra técnica útil en la inspección de rodamientos. Una fuga de lubricante es señal de que los sellos y obturaciones del rodamiento son defec­ tuosos o que la grasa se ha descompuesto, licuándose y soltando el aceite que contiene que se filtra a través de las obturaciones. Estas situaciones pueden pro­ vocar un fallo acelerado al disminuir el nivel de lubricante. Además, los defec­ tos en las obturaciones pueden permitir la entrada de contaminantes que produ­ cirán abrasión y desgaste acelerados. Estas señales también pueden observarse durante la inspección. Lubricar. La relubricación es una tarea periódica que puede ser realizada mien­ tras la máquina está en marcha, especialmente cuando el rodamiento está lubri­ cado con grasa. En este caso, conviene siempre limpiar el engrasador y la zona que lo rodea para evitar la entrada de partículas de suciedad al interior. Cuando la lubricación es con aceite se debe verificar el nivel del mismo, asegurar que el orificio de aireación del nivel de aceite no está obstruido y comprobar visual­ mente (a través de los ojos de buey) el estado del lubricante. Medir vibraciones. Aparte de las técnicas básicas de inspección descritas ante­ riormente existen otras mucho más precisas que permiten detectar un mal fun­ cionamiento del rodamiento con una mayor anticipación. Estas técnicas están basadas en la medición de las vibraciones y se pueden realizar de forma conti­ nua (en casos muy críticos) o de forma periódica, con equipos portátiles que posteriormente transfieren la información a un ordenador de control que realiza un seguimiento de los parámetros de funcionamiento y avisa ante cualquier alte­ ración de los mismos o anomalía. Las técnicas aplicables en este campo se des­ criben en el capítulo 8. 5.3.6.2. INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO CON MÁQUINA PARADA Las paradas de las máquinas programadas para mantenimiento son el momento adecuado para la inspección a fondo de los rodamientos. Esta inspección permitirá determinar causas de posibles fallos futuros, alargando la vida útil del rodamiento. y también deterioros que pueden provocar un fallo inminente, evitando una parada inesperada de la máquina. Limpieza del entorno. Lo primero que se debe hacer, antes de comenzar a desmontar la cubierta o cubiertas que permitirán el acceso a los rodamientos, es realizar una limpieza de las superficies externas. El objetivo es impedir que, cuando los rodamientos queden a la vista, pueda entrar polvo y partículas que contaminarán el lubricante y reducirán su vida útil. Inspección de las obturaciones. Hay que poner especial cuidado al desmontar las obturaciones, ya que éstas se dañan con facilidad y su buen estado resulta esencial para evitar la entrada de suciedad y contaminación al rodamiento. Por esto, durante el desmontaje de las obturaciones, se deben realizar fuerzas mode­ radas para evitar su deformación. Una vez desmontadas, es conveniente inspec­ cionar detenidamente el estado de las mismas y sus asientos. Generalmente, en cada inspección con máquina parada, las obturaciones de goma suelen sustituir­ se por otras nuevas. Inspección del lubricante. A continuación se debe extraer un poco del lubri­ cante para su examen. Una inspección sencilla consiste en frotar el lubricante entre los dedos para detectar la existencia de impureza (tacto similar a si el lu­ bricante contuviese arenilla de grano fino). Otro método consiste en depositar una fina capa de lubricante en el dorso de la mano y examinarla cuidadosamente a la luz (incluso haciendo uso de una lupa). Un método más elaborado y preciso consiste en un aparato para verificación del aceite (figura 5.40) que mide la constante dieléctrica del lubricante haciendo pa­ sar corriente eléctrica a través de una muestra del mismo. Comparando el valor de esta constante del lubricante extraído del rodamiento con el valor correspon­ diente al lubricante nuevo (antes de ser usado), este aparato detecta el cambio de constante dieléctrica, el cual está directamente relacionado con el nivel de con­ taminación y degradación del lubricante. - - Figura 5.40. Verificador de aceites lubricantes p o r resistividad eléctrica - Sustitución del lubricante. Si la periodicidad impuesta o la inspección anterior determina que el lubricante debe ser cambiado, se debe extraer todo el aceite. Después es recomendable introducir aceite nuevo con la misión de limpiar el rodamiento y toda la cavidad que ocupa. Si es posible, es recomendable dejar funcionar la máquina durante unos minutos a baja velocidad, con el fin de que el aceite pueda desprender toda la suciedad que quede en el alojamiento. Tras esto, se vacía completamente el aceite y se hace pasar por un filtro para eliminar todas las partículas de suciedad para luego volver a introducirlo como aceite de­ finitivo. Si el aceite de limpieza resultase estar excesivamente contaminado, és­ te deberá desecharse introduciendo aceite limpio y nuevo. Si la lubricación es con grasa (lo que ocurre en aproximadamente el 90% de los rodamientos), la relubricación se realiza rellenando completamente el espacio entre los dos aros y los elementos rodantes. En los rodamientos desmontables esto se puede realizar fácilmente con la mano, mientras que en los no desmon­ tables se debe realizar accediendo por ambas caras del rodamiento. Aparte de lo anterior, cuando se abre una máquina (o una parte de ella) para rea­ lizar mantenimiento, es importante impedir que las partículas de suciedad que flo­ tan en el ambiente puedan alcanzar el interior de la máquina. Por ello, cuando se va a dejar la máquina abierta durante un tiempo (por ejemplo, por reparación de uno de los elementos), es conveniente cubrir y cerrar la sección abierta con un plástico limpio o un papel encerado, sellando la abertura tanto como sea posible. 5.3.6.3. SELECCIÓN DEL L UBRICANTE Como se ha mencionado anteriormente, aproximadamente el 90% de los roda­ mientos son lubricados con grasas debido a su poder de adherencia (muy superior al de aceites lubricantes). Las grasas de jabón de litio resultan particularmente ade­ cuadas para lubricar los rodamientos y deben considerarse como la principal alter­ nativa. En cuanto a consistencia, generalmente se recomienda utilizar una grasa con un número NLGI de 2 o a veces 3. Si la temperatura de operación es muy baja o si se utilizan sistemas de lubricación automática, entonces es recomendable utili­ zar una grasa más fluida, generalmente NLGI 0 y 1. Por el contrario, si el roda­ miento opera con temperaturas elevadas, es conveniente utilizar grasas de mayor consistencia, preparadas para tales temperaturas (por ejemplo, una NLGI 4). Sin embargo, téngase en cuenta que el límite superior de temperatura para grasas con­ vencionales es aproximadamente 140°C. En cuanto a la lubricación de las cavidades de los soportes de rodamientos, el espacio del soporte se ha de llenar sólo parcialmente (entre el 30% y el 50%) ya que un llenado completo provocaría un importante incremento de la temperatura durante el funcionamiento. Especialmente en los rodamientos que deben operar a altas velocidades se deben lubricar con cantidades pequeñas de lubricante. Sin em­ bargo, en aplicaciones que no producen vibraciones y si se utiliza una grasa de jabón de litio (también llamadas grasas de llenado total) el lubricante puede llegar a ocupar hasta el 90% del espacio libre del soporte sin riesgo de que aumente la tem­ peratura. La ventaja es que se impide que entren impurezas al rodamiento y ade­ más, es posible alargar los períodos de relubricación. Los rodamientos se lubrican con aceite cuando la velocidad o las condiciones de funcionamiento no permiten usar grasa o cuando es necesario disipar el calor gene­ rado en el rodamiento. También se suelen lubricar con aceite cuando así lo requie­ ren, además, otros componentes tales como cojinetes de fricción, engranajes, obtu­ raciones, etc. En este caso, los requerimientos del lubricante vienen impuestos por los otros componentes, por lo que únicamente es necesario que no exista incompa­ tibilidad con los rodamientos. Así, algunos aditivos de extrema presión (EP) nece­ sarios para aplicaciones con engranajes pueden ser perjudiciales para los rodamien­ tos. Siempre es conveniente consultar sobre esta incompatibilidad con el provee­ dor. Los aceites lubricantes más comunes para rodamientos son los aceites minera­ les, aunque hay otros más específicos para determinadas aplicaciones. Así, los diésteres y las PAO tienen una baja viscosidad y se usan en rodamientos para instru­ mentos en la gama de temperaturas entre -60°C y +120°C. Los aceites de silicona se usan también en rodamientos para instrumentos y en aplicaciones de cargas lige­ ras dentro de un rango de temperatura entre -70°C y +200°C. Los aceites fluorados se utilizan porque tienen una buena estabilidad contra la oxidación y propiedades de extrema presión. Finalmente, los poliglicoles son los que se utilizan habitual­ mente cuando las condiciones de funcionamiento son muy desfavorables (por ejemplo, cuando la temperatura de funcionamiento supera los 90°C). Su estabilidad es excelente y su vida en servicio puede ser hasta 10 veces superior a la de los acei­ tes minerales. En cuanto a aditivos, para la aplicación de rodamientos se suele requerir la in­ clusión de aditivos anti-oxidantes, anti-corrosión, anti-espuma, anti-desgaste y aditivos de extrema presión. ACOPLAMIENTO Y ALINEACIÓN DE EJES 6.1. INTRODUCCIÓN Durante el diseño de máquinas, son numerosas las situaciones en las que se re­ quiere transmitir potencia desde un eje a otro. Dependiendo de la disposición espa­ cial de ambos, las soluciones posibles son muy variadas. Así, por ejemplo, cuando los ejes geométricos son paralelos se pueden utilizar correas, cadenas y engranajes, entre otros. Cuando los ejes geométricos se cortan, la solución habitual es utilizar engranajes cónicos; mientras que cuando los ejes se cruzan en el espacio se pueden utilizar engranajes cilindricos o cónicos, tomillos sinfín e incluso correas. Por últi­ mo, existen situaciones en las que se ha de transmitir potencia entre ejes alineados enfrentados axialmente. La primera solución que es posible imaginar ante la necesidad de transmitir po­ tencia entre ejes alineados consiste en fabricar los dos ejes como uno solo. Sin embargo, en la práctica esta solución cuenta con grandes desventajas. Por este mo­ tivo, existe una tendencia hacia la fabricación modular de las máquinas, de forma que cada una de las partes pueda ser fabricada independientemente e incluso por industrias diferentes. Así, incluso en las máquinas más simples el motor suele haber sido fabricado por un lado, por otro la transmisión y separadamente la parte de la máquina que realiza el trabajo. Y en máquinas complejas, la separación en módulos puede llegar a contar con un gran número de ellos. En otros casos, la gran longitud de un eje puede requerir su fabricación en varios tramos que luego han de acoplarse. Esta subdivisión permite la especialización en el diseño y la fabricación de cada una de las partes. Con ello se consigue la mejora de los diferentes elementos que componen la máquina. Además, también facilita el intercambio de elementos cuan­ do es necesario, lo que facilita y economiza notablemente la mantenibilidad de la máquina. Sin embargo, también plantea algunos problemas. Cuando se desea transmitir potencia entre dos ejes enfrentados axialmente, se requiere un cierto elemento que acople los dos ejes. Este nuevo elemento (denominado acoplamiento por la función que desempeña) implica un nuevo coste, lo que encarece el diseño. Pero además, la situación añade un requisito de buena alineación de los ejes ya que de lo contrario se generan fuerzas de flexión importantes, con las consecuentes reacciones en los apoyos, que acortarían sensiblemente la vida útil de dichos apoyos. En la actualidad, los acoplamientos son tan importantes en el diseño de máqui­ nas que existe un sector industrial especializado en su diseño y la fabricación, de forma similar a otros sectores. Esta industria ha sido capaz de desarrollar gran can­ tidad de tipos de acoplamientos, dotándolos de flexibilidad y reduciendo en cierto grado la influencia de la alineación en la vida útil de los elementos. Este capítulo trata sobre la transmisión de potencia entre ejes enfrentados, in­ cluyendo la descripción, instalación y mantenimiento de acoplamientos y los pro­ cedimientos de alineación de ejes. 6.2. ACOPLAMIENTO DE EJES 6.2.1. D E S C R IP C IÓ N D E L O S A C O P L A M IE N T O S La función principal de un acoplamiento es la de transmitir potencia (normal­ mente asociada al movimiento de rotación) entre los ejes que acopla, permitiendo el diseño modular de las máquinas. Pero además, el acoplamiento puede tener asig­ nadas otras funciones también de gran importancia. Las más habituales son permi­ tir desalineaciones y pequeños desplazamientos axiales, servir de fusible mecánico ante sobrecargas, amortiguar vibraciones en la transmisión, etc. No todos los aco­ plamientos han de desempeñar las mismas funciones y, por ello, no todos cuentan con las mismas propiedades. Aunque la función principal es la de transmisión de potencia, en determinadas aplicaciones, alguna de las que generalmente son funciones secundarias puede resultar imprescindible, pasando así a ser la causa de la colocación del acoplamien­ to o condicionando su tipo. Así, por ejemplo, puede ser fundamental utilizar un acoplamiento para aislar eléctricamente una parte de la máquina de otra cuando se trabaja con atmósferas potencialmente explosivas. Un acoplamiento está formado por, al menos, dos componentes (tomillos y cha­ vetas aparte). Pero la mayoría de ellos cuenta con un número mayor de piezas, pudiendo llegar a ser este número elevado en el caso de los acoplamientos más complejos. Cada una de las dos partes del acoplamiento que se fijan a los ejes que se desea acoplar recibe el nombre de cubo, maza o brida (figura 6.1). En los acoplamientos más sencillos, las mazas se montan directamente sobre los ejes, fijada radialmente por presión (ajuste prieto) o mediante una chaveta. Axial­ mente, las mazas pueden ir montadas con juego o con ajuste a presión, permitiendo o no el movimiento axial relativo entre eje y maza. En acoplamientos más complejos o cuando se desea un posicionamiento preciso de la maza sobre el eje (en el sentido de concentricidad), la maza no se monta di­ rectamente sobre el eje, sino que se utilizan elementos intermedios tales como bu­ jes o casquillos que proporcionan autocentrado. Por otro lado, la mayoría de acoplamientos cuenta con uno o varios elementos intermedios que conectan las dos mazas (figura 6.1). Estos elementos intermedios cuya misión principal es la de transmisión del par desde una maza hasta la otra proporcionan al acoplamiento determinadas propiedades importantes para su fun­ cionamiento. Figura 6.1. Partes básicas de un acoplamiento En cuanto a propiedades, a continuación se exponen las más importantes. Su importancia relativa depende de la aplicación y del objetivo de la colocación del acoplamiento. Flexibilidad angular y ante desplazamiento. Aunque todos los acoplamientos son flexibles en mayor o menor medida (ya que la rigidez infinita no existe en la práctica), se consideran acoplamientos flexibles exclusivamente a aquellos que han sido diseñados expresamente para poseer flexibilidad (y, que por tanto, ésta es sensiblemente mayor que la de los denominados acoplamientos rígidos). La flexibilidad angular representa la permisibilidad del acoplamiento ante la incli­ nación relativa de los ejes, mientras que la flexibilidad ante desplazamiento o paralela representa la permisibilidad del acoplamiento ante la separación parale­ la de los ejes. En la actualidad se pueden encontrar acoplamientos desde muy rígidos hasta muy flexibles, existiendo una relación más o menos directa entre la rigidez del acoplamiento y el par máximo que puede transmitir. una parte de la máquina está sometida a vibraciones torsionales. En el primer caso. funcionando como amortiguadores de las vibraciones axiales. Sin embargo. La flexibilidad a torsión está íntimamente relacionada con la amortiguación de vibraciones torsionales. se dice que el acoplamiento posee posibilidad de movimiento axial.- - En la práctica. existe posibilidad de movimiento axial relativo entre ambos aunque el acoplamiento sea completamente rígido. existen acoplamientos que poseen cierta flexibilidad axial. Pero no siempre es posible utilizar acoplamientos con flexibilidad a torsión ya que este tipo de flexibilidad implica ausencia de sincronismo en el movimiento. los acoplamientos con flexibilidad paralela también suelen ser flexibles angularmente y a torsión. generalmente es más difícil conseguir que un acoplamiento po­ sea flexibilidad paralela que otros tipos de flexibilidad (angular y a torsión). al torsionarse el acoplamiento. siendo al mismo tiempo capaces de transmitir pares elevados. teniendo capacidades limitadas en cuanto a transmisión de par. En este caso. Esto es debido a que los fabricantes de acopla­ mientos han diseñado tipos especiales (muy habituales ya en aplicaciones indus­ triales) que poseen una considerable flexibilidad a torsión. Consecuentemente. sea posible que uno gire un cierto ángulo (alrededor de su eje geométrico) sin que el otro se mueva. Este tipo de flexibilidad representa la capacidad del acoplamiento para torsionarse. tal como se verá más adelante. es decir para que. Posibilidad de movimiento axial y flexibilidad axial. La flexibilidad axial y la posibilidad de movimiento axial son aspectos habi­ tualmente importantes en maquinaria debido a que las distancias entre finales de . permite que la posición angular de los ejes quede desfasada un ángulo incierto (que dependerá del par instantá­ neo transmitido). Efectivamente. dichas vibraciones pue­ den llegar amortiguadas a otra parte de la máquina si. entre ambas partes. se co­ loca un acoplamiento torsionalmente flexible. Los acoplamientos calificados de flexi­ bles a torsión son acoplamientos diseñados explícitamente para permitir cierta rotación de desfase entre los ejes que acoplan. cuando dos ejes mecánicos es­ tán acoplados. esta relación cuen­ ta con numerosas excepciones. la maza del acoplamiento no posee movi­ miento relativo con respecto al eje y los pequeños movimientos axiales de acer­ camiento y alejamiento de los ejes sólo son posibles si los elementos interme­ dios del acoplamiento lo permiten. Cuando existe juego entre la maza y el eje. Flexibilidad a torsión. cuando por el tipo de trabajo que realiza. Los acoplamientos se pueden fijar axialmente sobre los ejes mediante un ajuste prieto o con juego (ajuste holgado). Aunque en los acoplamientos existe una relación directa entre la rigidez a tor­ sión del acoplamiento y el par máximo que puede transmitir. Así. existen importantes excepciones a esta regla. Así. En la actualidad. se dice que un aco­ plamiento es limitador de par cuando ha sido explícitamente diseñado para romperse de una forma determinada (y controlada) al superar el par un cierto límite máximo conocido (habitualmente proporcionado por el fabricante). si son excitados en alguna de esas frecuencias. esta propiedad está íntimamente relacionada con las propiedades de flexibilidad. Sin embargo. Un acoplamiento es limitador de par cuando existe un par máximo que pueden transmitir. actúa como un depósito de energía que suaviza su flujo. Quiere esto decir que los acoplamientos flexibles son inherentemente amortiguadores de vibra­ ciones en el sentido en el que existe flexibilidad. el primero que se rompe ante una sobrecarga. El acoplamiento al­ macena energía elástica en los momentos en los que la energía de vibración se incrementa. es la flexibilidad a torsión. la mayoría de los acoplamientos son limitadores de par. se ha de tener especial cuidado en la se­ lección de acoplamientos flexibles en función del tipo de aplicación y de la vi­ bración existente.ejes pueden cambiar por dilataciones térmicas. que proporciona amorti­ guamiento de las vibraciones torsionales. De entre los diferentes tipos. la más importante. Así. es importante seleccionar un acoplamiento con capacidad para asumir este desplazamiento axial. por tanto. debido a que suelen ser el elemento menos resistente de la transmisión y. Por este motivo. por lo que éste continua funcionando cuando el par vuelve a estar dentro de los límites admisibles. ya que el acoplamiento se comporta como fusible mecánico que protege otras par­ tes (mucho más valiosas) ante sobrecargas y fallos en el funcionamiento de la máquina. Esta función es de extrema importancia en muchas aplicaciones reales. el acoplamiento se rompe quedando desacopladas las partes que unía.Amortiguamiento de vibraciones. En la práctica. . entran en resonancia y actúan como multiplicadores de la vibración. en lugar de hacerlo como amortiguadores. Sin embargo. liberándola cuando la energía de vibración se reduce. de forma que si se intenta transmitir un par su­ perior a éste. Cuando se prevé que este fenó­ meno pueda ocurrir. los acoplamientos flexibles poseen frecuencias naturales de vi­ bración de forma que. sin duda. Como se ha comentado. Los acoplamientos flexibles pueden amortiguar las vibraciones de forma similar a como lo hace un resorte aplicado en una masa vibrante. La ventaja de estos dispositivos limitadores de par sobre los acoplamientos es que la desconexión de la transmisión ante una sobrecarga de par no implica un pro­ ceso destructivo para el elemento. . . como cualquier sistema elástico. ya que un gran número de máquinas sufre este tipo de vibraciones. el papel del acoplamiento como limitador de par ha perdido importancia gracias a la existencia de nuevos sistemas de acoplamiento destina­ dos a esta función que pueden incluirse en la transmisión de la máquina.Limitación de par. A COPLAM1ENTOS RÍGIDOS Dentro de esta categoría.2. sino que el acoplamiento impida el paso de corriente a una de las partes ante un fallo (por ejemplo. En la actualidad. Consis­ te en la utilización de dos bridas (figura 6. Los acoplamientos que constituyen un aislante eléctrico poseen al menos un elemento intermedio que no es conductor de la electricidad. Aislamiento eléctrico. Este aislamiento resulta necesario por seguridad en determinadas condiciones de trabajo. por cortocircuito) que electrifica la otra parte. aparte de soportar temperaturas elevadas.2). En muchas ocasiones el motivo no es que una parte esté electrificada. De entre ellos. cada una de ellas ubicada sobre un eje. 6. se utilizan acoplamientos para aislar térmicamente una parte de la máquina frente a otra.2. en ocasiones los acoplamientos son utilizados para aislar eléctricamente diferentes partes de una misma máquina.2. este tipo de acoplamientos es recomendable únicamente en máquinas que prácti­ camente no sufren movimientos de desalineación o dilatación durante su funcio­ namiento o también cuando se emplean para acoplar ejes largos y poco rígidos.- - Aislamiento térmico.1. Esta variedad puede ser clasificada aten­ diendo a diferentes criterios. De la misma forma que en el caso anterior. que requiere una buena alineación - Acoplan cas simi mismo e 6. capaces de flectar absorbiendo las fuerzas y momentos producidos por las posibles desalineaciones. dada la elevada rigidez del acoplamiento. que se generen fuerzas elevadas en los apoyos y ejes. Faltar a esta recomendación provoca. El resultado es un aco­ plamiento muy rígido en todos los sentidos. existen 4 tipos básicos de acoplamientos rígidos: Acoplamiento de bridas.2. Es la forma más sencilla de acoplar dos ejes. a continuación se expone una clasifica­ ción jerarquizada. diseñados para diferentes aplicaciones y según distintos tamaños. Est dad de s manguito montaje La transí vetas o i fijado so .3). cuentan con al menos un elemento intermedio que posee un coeficiente de conductividad térmica muy bajo. se incluyen acoplamientos que unen los ejes de forma directa mediante elementos robustos. Estas fuerzas inútiles contribuyen a acortar sensiblemente la vida de los elementos que compo­ nen y soportan la transmisión. T IP O S D E A C O P L A M IE N T O S Existe una gran variedad de tipos de acoplamientos. Estos acopla­ mientos. proporcionando el aislamiento. En algunos casos especiales. Así. de los ej sobre un la transn En este £ ra que la superfici El acopl primer c que se ci En cuan que no e feras agí montaje 6. aportando una gran rigidez a la unión. que se atornillan entre sí formando un único cuerpo. este acoplamiento puede ir colocado axialmente suelto sobre uno o los dos ejes. En cuanto a ubicación axial. Sin embargo. La transmisión de par entre los ejes y el acoplamiento se realiza mediante cha­ vetas o ajustes a presión. soporta bien las atmós­ feras agresivas y generalmente requiere la separación de las máquinas para su montaje o desmontaje. En este acoplamiento. la posibilidad de movimiento axial evita la transmisión de esfuerzos axiales. Sin embargo. el acoplamiento suele ir fijado sobre el eje mediante ajuste a presión. los acoplamientos de manguito partido son habitualmente seleccionados cuando la facilidad en el montaje y desmontaje es un aspecto fundamental. sin llegar a estar los pernos sometidos a cizallamiento. El acoplamiento puede ser fijado al eje mediante chavetas o bujes.de los ejes. de esta forma. entre los que se cuentan la fundición de hierro y distintos tipos de acero. Está disponible en diferentes materiales. . este acoplamiento no requiere lubricación (dado que no existen partes internas con movimiento relativo). siendo el primer caso el más común. Figura 6. Acoplam iento rígido de bridas - Acoplamiento de manguito partido. En cuanto a mantenibilidad. Este es un acoplamiento de característi­ cas similares al anterior.3). Esto permite que el acoplamiento pueda ser instalado y retirado sin necesi­ dad de separar las máquinas que acopla. de mane­ ra que la transmisión del par a través de la unión se realice por fricción entre las superficies. Por este motivo. los pernos se deben precargar de forma elevada. se diferencia en que las dos partes del mismo están divididas longitudinalmente en lugar de transversalmente (figura 6.2. empleándose habitualmente en aplicaciones de baja veloci­ dad que requieren transmitir pares pequeños o moderados. debido a que la fijación es producida por tomillos prisio- .4). Dentro de esta categoría se encuentran acopla­ mientos que se basan en una camisa rígida o manguito para acoplar los ejes. Acoplam iento de manguito partido Acoplamiento de manguito. Este acoplamiento es de los más simples que se pueden encontrar y.Los acoplamientos de manguito partido suelen encontrarse fabricados de acero y tamaños variados. El modelo más simple consiste en un manguito que es fijado a los ejes mediante tomillos prisioneros (figura 6. Figura 6.3. para aplicaciones en las que se requiere transmitir pares elevados. . generando una presión que permite transmitir par por fricción. con ranura longitudinal y extremos cóni­ cos. ésta les obliga a cerrarse sobre los ejes.5. En cualquiera de los modelos existentes.5). este acoplamiento posee una rigidez considerable.3. el lubricante es un enemigo de este acoplamiento. Otro modelo consiste en un manguito. existen acoplamientos de manguito especiales. no obstante. Ambos se montan a modo de dos manguitos uno dentro de otro. Al transmitir el par por fricción. teniendo la superficie de contacto una pequeña conicidad. por lo que requiere una buena alineación de los ejes. de forma similar a como se monta un rodamiento sobre un manguito cónico (véase el apartado 5. además. Al apretar los bujes axialmente dentro de la camisa. que aprisiona los ejes por el efecto de dos bridas con agujeros cónicos precargadas por tomillos longitudinales (figura 6. cuenta con una muy limitada capacidad de transmisión de par. con conductos de inyección de aceite que sirven para montar y desmontar axialmente la camisa sobre el manguito. Existen. formados por un manguito del­ gado interior ubicado sobre los ejes y un camisa exterior de mayor espesor y mayor rigidez. La ranura longitudinal dismi­ nuye drásticamente la rigidez radial del manguito. El acoplamiento cuenta. Figura 6.ñeros. otros sistemas alternativos de fijación como es la brida partida atornillada.4). generando una fuerza de rozamiento ca­ paz de transmitir pares elevados. consistente en una camisa rígida exterior con agujero de extremos cónicos sobre los que se asien­ tan sendos bujes ahusados partidos. de forma que la presión ejer­ cida por las bridas al apretar los pernos cierra el manguito sobre los ejes gene­ rando a su vez una presión sobre éste que permite transmitir el par por fricción. La gran presión que se genera entre ambos elementos ocasiona que el manguito in­ terior presione enormemente los ejes. Finalmente. Acoplamiento de m anguito ahusado También existe el modelo de diseño contrario a este anterior. 2.2. Este es un acoplamiento que puede consi­ derarse una extensión del acoplamiento de bridas. dado el gran número de factores de que depende. Los primeros forman parte de pequeñas máquinas y electrodomésticos mientras que los segundos suelen emplear­ . ya que las bridas no se conec­ tan directamente una a otra. ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES PARA POTENCIAS PEQUEÑAS Dentro de esta categoría se incluyen los acoplamientos flexibles destinados a la transmisión de potencias pequeñas y muy pequeñas. Acoplamiento con eje intermedio. Acoplam iento con eje intermedio Suele encontrarse en el mercado fabricado de acero de alta calidad. los ejes resbalarán sobre el manguito del acoplamiento). de forma que el acoplamiento puede absorber pequeñas desalineaciones. sino mediante un eje intermedio o espaciador (figura 6. a partir de un cierto par. pues. capaz de re­ sistir las tensiones elevadas que en él generan las desalineaciones. 6.6. para conectar ejes que están separados una cierta dis­ tancia. Brida Figura 6. Además. el eje inter­ medio permite desmontar el acoplamiento sin mover las máquinas o con un mí­ nimo movimiento.- Aunque este acoplamiento puede considerarse un limitador de par sin destruc­ ción (ya que. y es emplea­ do para la transmisión de potencias elevadas en equipos tales como turbinas de gas o vapor. en la práctica no es útil como limitador de par preciso debido a que el par máximo antes del deslizamiento es muy difícil de estimar.2.6). Es útil. aunque el espaciador suele diseñarse con menor rigidez. y no tan elevada ante el resto de movi­ mientos. por lo que el acoplamiento puede normalmente montarse y desmontarse sin necesidad de separar las má­ quinas. aun­ que suele ser menor la flexibilidad paralela y a torsión. por lo que el acoplamiento puede actuar como amortiguador de vibraciones torsionales. El cuerpo central es flexible a tracción/compresión. por tanto.7) que le confiere una flexibilidad importante ante desalinea­ ciones angulares (figura 6. y por el otro van unidas a un cuerpo central flexible tal como se muestra en la figura 6. Algunos ejemplos de los principales acoplamien­ tos flexibles destinados a potencias pequeñas se muestran a continuación. Este es un acoplamiento para transmi­ tir potencias muy pequeñas que es ampliamente utilizado en instrumentación y también en pequeñas máquinas.se en dispositivos de control e instrumentación. mediante sen­ das abrazaderas unidas al cuerpo central. La geometría está especialmente diseñada para que el acoplamiento posea gran flexibilidad ante desalineaciones angulares y ante desplazamientos axiales. Su unión a los ejes se realiza generalmente por fricción. poca capacidad de transmisión de potencia) y se une a los dos ejes mediante bridas. suelen unirse a los respectivos ejes mediante tomillos prisioneros. Posee cierta flexibilidad a torsión. . Acoplam iento de fuelle - Existe otro acoplamiento parecido a éste. que posee gran flexibilidad (y. por un lado. donde la potencia no es relevante y sí la transmisión del movimiento. aunque se sacrifica el perfecto sincronismo de los ejes.8. Este acoplamiento posee un cuerpo central cortado en espiral (figura 6. Cuenta con dos bridas que. Acoplamiento de fuelle. La gran flexibilidad de este acoplamiento permite transmitir potencias pequeñas entre ejes que forman ángulos considerables (de incluso 90°). Acoplamiento flexible con forma de 8. Figura 6 . llamado acoplamiento de muelle en el que el cuerpo central es similar a un resorte de compresión. 7.7 derecha). Acoplamiento de engranaje para potencias pequeñas . Es éste un acoplamiento también muy utilizado en transmisión de potencias relativamente pequeñas.El material y la geometría del cuerpo central confieren a este acoplamiento no sólo una elevada flexibilidad. Consta de dos mazas que acaban en ruedas dentadas.9.9). Acoplamiento elastomérico con fo rm a de 8 Acoplamiento de engranaje. la camisa suele ser de un material no metálico. Figura 6. sino también capacidad para amortiguar vibracio­ nes. como nylon o similar. La peque­ ña holgura existente entre las mazas y la camisa posibilita la existencia de un movimiento relativo de inclinación y axial. Figura 6. Para potencias pequeñas.8. las cuales se alojan sobre huecos de dentado interior que existen en el cuerpo central o camisa (figura 6. Cuando se produce una desalineación angular. la maza 1 se une al disco mediante dos tomillos dispuestos verticalmente (que son pasantes para la maza 2). el acoplamiento cuenta con una baja flexibilidad a tor­ sión (la poca que tiene se debe a la existencia de holguras en el interior del aco­ plamiento). el acoplamiento utiliza arandelas de cier­ to espesor para crear holgura entre el disco central y las mazas. Al gi­ rar el conjunto. Por este motivo. Acoplamiento de disco. la vida útil del disco ante fatiga está directamente rela­ cionada con el grado de desalineación de los ejes acoplados.10). Cada una de las mazas se une al disco central mediante dos tomillos en disposición diametral opuesta. en la figura 6.- El resultado es un acoplamiento con flexibilidad ante desalineaciones angulares y desplazamientos axiales. todas las secciones diametrales del disco pasan por los diferen­ tes estados de deformación del mismo.11) generando fuerzas pequeñas en los rodamientos. Dado que el cuerpo central suele ser de un material relativamente duro (para no ser metálico).10. Así.10. mientras que la maza 2 con dos tomillos dispuestos horizontalmente (que son pasantes para la maza 1). Acoplamiento de disco para potencias pequeñas . Además. sufriendo tensiones variables con el tiempo. El resultado del montaje descrito anteriormente es un acoplamiento con una flexibilidad angular relativamente alta. pero mucho menos ante desalineaciones paralelas de los ejes. Disco Figura 6. Este acoplamiento consta de tres piezas básicas que son las dos mazas que se unirán a los respectivos ejes y un disco intermedio que sirve de elemento de transmisión a la vez que flexibiliza el conjunto (figura 6. Esta holgura es fundamental para la flexibilidad del acoplamiento. el disco (menos rígido) absorbe la mayoría de la de­ formación (figura 6. una flexibilidad axial moderada y con escasa flexibilidad ante desplazamiento paralelo y a torsión. ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES INDUSTRIALES Dentro de esta categoría entran todos los acoplamientos flexibles empleados pa­ ra transmitir potencias moderadas o elevadas en aplicaciones generalmente indus­ triales. Las estrategias para conseguir flexibilidad en el acoplamiento sin perder capacidad de transmisión de par pueden ser muy distintas. a modo de junta universal. la capacidad de transmisión de par también es moderadamente alta y la capacidad de amorti­ guamiento torsional es baja. Estos subgrupos suelen contar con ciertas propiedades comunes. La carencia de flexibilidad ante desalineaciones pa­ ralelas suele compensarse colocando dos acoplamientos en serie.3. Acoplamientos mecánicamente flexibles. mucho menos. Debido a la existencia de movimiento relativo. dando lugar a subcategorías de acoplamientos. de la posibilidad de deformación (flexibilidad) de las mismas piezas. estos acó- .Figura 6. Así. Deformación del disco ante desalineación angular en un acoplamiento de disco Dado que el acoplamiento posee una elevada rigidez a torsión.11. 6. dicha flexibilidad procede fundamentalmen­ te de la posibilidad de movimiento relativo entre las piezas que integran el aco­ plamiento y.2. con un eje in­ termedio o espaciador.2. En este primer grupo se incluyen aquellos acoplamientos en los que la flexibilidad se consigue mediante meca­ nismos o pseudo-mecanismos. una menor concentración de las tensiones de contacto entre los dientes cuando existe desalineación angular. por tanto. Al cerrar el acoplamiento atornillando las dos partes de la camisa. mientras que se conserva el dentado recto en la camisa. de los que en la actualidad existen diversos tipos. Debido a la existencia de movimiento interior. la holgura y la lubri­ cación proporcionan cierta capacidad de amortiguamiento de vibraciones torsionales. Las mazas que se colocan sobre los ejes tienen una franja dentada exterior que contacta con una franja dentada in­ terior de la camisa. El efecto que se obtiene es do­ ble: por un lado. Aunque dentro de esta categoría existen muchos acoplamientos distintos. los dientes son más delgados y el hueco entre dientes es de mayor espesor. Sin embargo. siendo el dentado idéntico en ambas partes. los dientes se han modificado dando forma curva tanto a los flancos como a la superficie superior del diente en las mazas. todas ellas metálicas. a la vez que una buena flexibilidad angular y posibilidad de movimien­ to axial. este acoplamiento requiere una lubricación adecuada.12) que se cierran tras el llenado y con dos abrazaderas destinadas a sellar la cámara interior. cuen­ ta con escasa flexibilidad a torsión (por lo que el sincronismo de la trans­ misión está asegurado). lo que le proporciona una cierta movilidad similar a la de una junta universal. Además. una mayor capacidad de desalineación angular entre cada maza y la camisa.13). su diseño se ha evolucionado hacia acoplamientos de dientes abombados (figura 6. En estos acoplamientos. sino que existe cierto hueco entre ellas que es necesario para permitir las desalineaciones angulares. Para ello. • Acoplamiento de engranaje. También posee cierta flexibilidad paralela ya que cada maza puede desalinearse angularmente con respecto a la camisa. El diseño confiere a este acoplamiento gran capacidad de transmisión de par. En este caso. los que presentan mayores requerimientos de lubricación.12). cuenta con dos orificios de suministro (figura 6. La maza se monta sobre el eje axialmente y suele fijarse mediante una chaveta permi­ tiendo el movimiento axial. aunque como en otros casos.plamientos son los que más están sometidos al desgaste y. . a con­ tinuación se exponen los más comunes. Este acoplamiento cuenta con cuatro elemen­ tos fundamentales que son dos mazas y una camisa partida en dos piezas (figura 6. por otro. Con el fin de incrementar la flexibilidad del acoplamiento de engranaje. las mazas no quedan axialmente apretadas en su inter­ ior. tanto en la maza como en la camisa el dentado es diferente al de los engranajes convencionales. De esta forma se consigue crear una holgura entre los dientes que permitirá el movimiento angular de la maza respecto a la camisa. 12. el contacto entre la maza y la camisa se . Acoplam iento de engranaje de dientes rectos Figura 6.14 se observa cómo ante una desalineación angu­ lar. en la figura 6. Acoplam iento de engranaje de dientes abombados En efecto.13. cuando el dentado es recto.Figura 6. 14. Este contacto es muy problemático y oca­ siona tensiones elevadas (concentración) a la vez que un deterioro acelera­ do de las piezas debido a un rozamiento extremo por rotura de la película de lubricante ocasionado por el filo de la arista. Como resultado. la capacidad de desalineación angular crece.produce en la arista del diente. Cuando el diente es abom­ bado. este acoplamiento posee una mejor resistencia al desgaste y al fallo por fatiga. a la vez que el contacto no se produce en la arista extrema del diente. sino en un área del flanco donde se forma una película de lubricante y las tensiones se reparten con menor concentración. Existen acoplamientos de . Comparación del comportamiento de los acoplamientos de engranaje (recto y abombado) ante desalineaciones angulares Los acoplamientos de engranaje se emplean en todo tipo de maquinaria in­ cluso para transmitir potencias muy elevadas. Diente de la camisa Tensiones de contacto Tensiones de contacto Diente de Diente de la brida Figura 6. engranaje para ejes de hasta 1 metro de diámetro. proporcionadas por las holguras existentes entre las mazas y la cadena. este tipo de acoplamiento puede absorber desalineaciones angulares de has­ ta 2o y paralelas de hasta un 0. pues. este acoplamiento suele ir cerrado por una camisa exterior. Ade- .5-106 N-m a velocidades de hasta 40. Como en el caso de los acoplamientos de engrana­ je. Acoplamiento de cadena.15). pero también existen acoplamientos que uti­ lizan cadenas silenciosas o incluso cadenas de plástico. cuenta con dos mazas independientes con final dentado de cadena y un elemento in­ termedio que sirve de transmisión entre las mazas.000 rpm con desalineaciones de hasta 7. En la figura 6.5°. en este caso es una cadena doble en la que los pasadores son únicos y abarcan todo el ancho de la ca­ dena (figura 6. poseyendo especial relevancia los pasadores de la misma. . la potencia pasa de un eje a otro a través de las mazas y la cadena. El acoplamiento de cadena presenta flexibilidades angular y paralela im­ portantes.3% del diámetro exterior de la maza. Así.15. Este acoplamiento. capaces de transmitir momentos de hasta 4. además de la holgura interna de los elementos de esta última. similar al anterior. Aunque en la figura 6. la camisa tiene la doble función de proteger el acoplamiento ante los agentes externos (ambientales) y de contener el lubricante.15 se emplea una cadena de rodillos clásica. Figura 6. Si en el caso anterior el elemento transmisor era una camisa dentada. Acoplamiento de cadena Existen distintos tipos de acoplamientos de cadena en los que la diferencia fundamental es el tipo de cadena que emplean. Así.15 no se muestra. sin perder flexibilidad a torsión. Es­ te lubricante. y poca posibilidad de movimiento axial. que se introduce en las holguras. Los acoplamientos de cadena metálica requieren lubricación para una larga vida útil. dada la existencia de partes internas con movimiento relativo. proporciona al acoplamiento . posee una considerable capacidad de transmisión de par.más. 17. el acoplamiento requiere lubricación. la principal característica es su flexibilidad a torsión. Así. en cuña o curvadas). Como en los casos anteriores. • Acoplamiento de rejilla. el aco­ plamiento cuenta con una gran capacidad para amortiguar vibraciones tor­ sionales (reduciendo la vibración hasta en un 30%). Aunque este acoplamiento cuenta con unas buenas propiedades de flexibi­ lidad angular y ante desplazamiento (pues cada maza puede desalinearse angularmente con respecto a la rejilla). sin perder por ello gran capacidad de transmisión de par. Puesto que durante el funcionamiento existirá movimiento relativo entre las superficies de las distintas piezas.16). aunque menor que la de otros acoplamientos con mayor elasticidad. afectando esto a la flexibilidad torsional del acoplamiento. También cuenta con posibilidad de mo­ vimiento axial gracias a la holgura axial existente dentro del acoplamiento entre las mazas. La forma de las ranuras de las mazas y la flexibilidad de la rejilla proporcionan a las mazas la posibilidad de desalinearse torsionalmente (figura 6. el conjunto viene cerrado por una camisa partida (transversalmente o longitudinalmen­ te) con anillos flexibles para sellar la cavidad interior. Situaciones de p aro y marcha de un acoplamiento de rejilla . Este acoplamiento se compone de dos mazas con final ranurado y una rejilla flexible (confeccionada a partir de una pletina delgada de acero) (figura 6. tanto en un sentido como en el otro.cierta capacidad de amortiguamiento de vibraciones torsionales. En estas condiciones el acoplamiento presenta una larga vida útil. Situación de m áquina parada Situación de m áquina en m archa Figura 6.17). se puede encontrar este acoplamiento con diferentes tipos de ranuras (rectas. En la actualidad. Esta ausencia de uniformidad que depende del ángulo entre ejes implica una gran limitación para su uso. Junta universal estándar La característica fundamental de la junta universal simple es la falta de uni­ formidad entre la relación de velocidades de las mazas. cuyos ejes se cortan a 90°. ya que provoca fuerzas de trepidación importantes en función de la velocidad.18).• Junta universal. una con respecto a la otra. Con el fin de obtener la capaci­ dad para absorber desplazamientos paralelos. el modelo simple no es aplicable a la mayoría de . de forma que ambas piezas pueden adoptar. Este tipo de unión es capaz de admitir solamente desalineaciones angulares y no desplazamientos paralelos.18. Es un tipo especial de acoplamiento mecánicamente flexi­ ble. Figura 6. Así.19. la junta universal estándar consiste en tres partes con dobles articulaciones conectando cada una a la siguiente (figura 6. diseñado especialmente para admitir desalineaciones. cualquier ángulo en el espacio (figura 6. Detalle de la doble articulación de una ju n ta universal Figura 6.19). La forma más simple de junta universal consiste en dos piezas unidas por una doble arti­ culación. 20). el mode­ lo doble. En . proporcionan una elevada flexibilidad y gran capacidad de amortiguamien­ to de vibraciones. Además de la junta universal simple. Acoplamientos elastoméricos. bajo ciertas condiciones geométricas. Las juntas universales tienen una elevada capacidad de transmisión de par (que depende de la resistencia del eslabón más débil de la doble articula­ ción) y suponen una buena opción cuando los ejes a acoplar han de estar necesariamente desalineados. Esta categoría incluye aquellos acoplamientos en los que la flexibilidad se consigue por la existencia de un elemento altamente elástico y con menor rigidez. • A cortante. Figura 6.transmisiones de velocidades moderadas o elevadas. El tipo bá­ sico es el llamado acoplamiento aglutinado o embutido (figura 6. sí permite transmitir poten­ cia con uniformidad en la velocidad. Estos acoplamientos reciben también el nombre de juntas homocinéticas y pueden llegar a ser de gran complejidad. Dado que la resistencia del material eslastomérico es mucho menor (entre 5 y 10 veces) ante cargas cortantes que ante cargas de compresión. No obstante. los acoplamientos a cortante pueden transmitir gene­ ralmente pares menores que los acoplamientos a compresión. Dependiendo de cómo se transmite el par a través del elemento flexible. Estos acoplamientos pueden transmitir pares hasta moderados.20. los acoplamientos elastoméricos se pueden clasificar en acoplamientos que trabajan a cortante y acoplamientos que trabajan a compresión. Acoplam iento elastomérico aglutinado Existen muchos acoplamientos que entran dentro de este grupo. Poseen relativamente poca flexibilidad a tor­ sión y posibilidad de desplazamiento axial gracias al elemento intermedio que es telescópico. Este elemento suele estar fabricado de goma u otro material similar con gran capacidad de deformación elástica. existen otros muchos tipos diseñados con el fin de obtener una relación de velocidades lo más uniforme posible. Figura 6. Acoplam iento elastomérico tipo neumático También existe la variante invertida del acoplamiento tipo neumático.21. el radio de la sección central es menor. sino que solamente transmiten el par debido a la geometría anti-rotación con que están fabricados tanto el . En el acoplamiento tipo neumático invertido. que cuenta con un elemento intermedio fabricado de goma reforzada con estructura de fibra. similar a un neumático de automóvil (figura 6. dado que el esfuerzo se reparte en una sección de radio mayor. En el acoplamiento tipo neumático la tensión tangencial debida al torsor que debe soportar la sección transversal intermedia del elastómero es menor.este acoplamiento el material elastomérico envuelve las dos mazas metáli­ cas formando un único cuerpo. lo que implica mayores tensiones tangenciales en la sección transversal y mayor flexibili­ dad angular. Sin embargo. Otro acoplamiento a cortante más común es el acoplamiento tipo neumáti­ co. Este elemento está fijado por un lado y otro a las mazas que se montan so­ bre los ejes a acoplar.23). En éstos el elemento elastomérico no se sujeta a las mazas por medio de elementos de presión.22). Pero cuenta con una buena flexibilidad a torsión. la única conexión material entre los ejes es a través del elemento elástico. Así. La diferencia entre ambas configuraciones es notable. en la que el elastómero no sobresale radialmente hacia fuera de las mazas sino que se posiciona radialmente hacia dentro (figura 6. estando éste sometido a cortante durante la transmisión del par. Otros acoplamientos a cortante son los denominados acoplamientos tipo rosquilla (figura 6. Posee una capacidad de transmisión de par y una flexibilidad paralela relativamente bajas. Habitualmente se emplea por su capacidad como ais­ lante de vibraciones de baja frecuencia.21). por el mismo motivo este acopla­ miento posee una menor flexibilidad angular. elemento elastomérico como los alojamientos en las mazas.23. Existen mu­ chos tipos. Acoplamiento elastomérico tipo rosquilla . Brida de aprisionamiento Figura 6.22. Acoplamiento elastomérico tipo neumático invertido metálica Figura 6. en los que el cuerpo central puede estar constituido de una sola pieza. tal como se muestra en la figura. o puede estar partido diametralmente en dos piezas. • A compresión. Para potencias mayores. aunque dependiendo de la forma del cuerpo central. Cuenta con dos mazas metálicas que terminan en una forma especial de manera que el hueco entre ambas es ocupado por la pieza elastomérica.Estos acoplamientos suelen poseer buena flexibilidad a torsión y paralela. proporcionando una amplia gama en cuanto a capacidad de transmisión de par y flexibilidad. quedan encerrados en cavidades existentes entre ambas ma­ zas. los acoplamientos en los que el elemento elastomérico es de una sola pieza se utilizan en aplicaciones de potencia moderada o pequeña. resul­ tando en una compresión del elemento elastomérico intermedio.24. Al contrario que en los acoplamientos que funcionan a cor­ tante. esta flexibilidad puede incrementarse o reducirse drásticamente. Uno de los acoplamientos de este tipo más comunes es el acoplamiento de mordaza (figura 6. La forma de la cavidad es inicialmente distinta (y siempre con un vo­ lumen superior) a la forma del bloque. Este acoplamiento cuenta con una serie de bloques elastoméricos (generalmente con forma cilindrica) que. Acoplam iento elastomérico de mordaza redondeada El componente elastomérico se puede encontrar en multitud de formas y con materiales de distinta dureza. en este tipo de acoplamiento el elemento elastomérico intermedio es­ tá sometido a compresión entre las dos mazas. el elastómero suele estar dividido en varias piezas individuales que se insertan en las cavidades donde estarán sometidas a compresión. Ante una sobrecarga en un sentido la mitad de las cavidades se contraen (disminuyendo el volumen) obligan- .24). pasando el par transmitido a través del mismo. Otro acoplamiento de compresión es el denominado acoplamiento de blo­ ques (figura 6. En general. una vez montado el acoplamiento. Figura 6.25). La maza accionadora impulsa el movimiento de rota­ ción mientras que la maza conducida se resiste a dicho movimiento. Se pre­ tende. de la evolución de los acoplamientos mecánicamente flexi­ bles. La deformación de los bloques proporciona flexibilidad y amor­ tiguamiento torsional. así. Cuando la sobrecarga es en sentido contrario.do al bloque a deformarse para ocupar el volumen de la cavidad. con el fin de eliminar los problemas asociados con la lubricación. Existen dos tipos básicos de acoplamientos de membrana metálica: . es la otra mitad de bloques la que se comprime. Este tipo de acoplamientos proviene. pero sin requerir lubricación. disponer de un acoplamiento con características similares a los ante­ riores. en cierta medida. - Acoplamientos de membrana metálica. • Acoplamientos de disco. siendo ambos aspectos de­ terminantes para la flexibilidad del acoplamiento.2). En menor medida poseen flexibilidad paralela y casi ninguna a torsión. confiriendo esta disposición cierta flexibilidad a la unión. Los acoplamientos de disco poseen gran flexibilidad axial y angular. Así. Así. estando la parte exterior (diámetro exterior) de la mem- .26). • Acoplamientos de diafragma. Diferentes tipos de disco en acoplamientos de disco Tal como se explicó anteriormente (véase el apartado 6.26. Dentro de los acoplamientos de disco existen multitud de tipos que se diferencian principalmente en el disco o elemento intermedio y en el número de puntos de anclaje.2. los discos de estos acoplamientos sufren fatiga en relación directa con el grado de desalineación de los ejes.2. la vida útil del disco depende del grado de desalineación al que se le someta. Se em­ plean habitualmente en transmisiones de media potencia y poseen la venta­ ja de requerir poco mantenimiento. Figura 6. Son acoplamientos que habitualmente cuentan con una o varias membranas metálicas que se unen a cada una de las mazas en puntos altemos situados en un mismo radio. se puede encontrar desde un sencillo acoplamiento de disco con 4 puntos de anclaje hasta otros con discos de diferente geometría y más puntos de anclaje (figura 6. Son acoplamientos que consisten en una o más membranas metálicas (en forma de disco) a través de las que se trans­ mite el par torsor. paralela y axial.27. Finalmente. lo que les confiere una mayor flexibilidad. Otros tipos de acoplamientos. Como en el caso de los acoplamientos de disco. Los acoplamientos de diafragma cónico cuentan con un único diafragma diseñado para que la tensión tangencial debida al par torsor sea constante en todas las secciones cilindricas. Así. los diafragmas están some­ tidos a fatiga y su vida útil depende en gran medida del grado de desalinea­ ción existente entre los ejes que acoplan. Figura 6. Acoplam iento de diafragma Existen varios tipos de acoplamientos de diafragma. Aparte de los descritos. los acoplamientos con múltiples diafrag­ mas curvados poseen varios diafragmas ondulados que le confieren mayor flexibilidad axial. siendo casi siempre menor la flexibilidad torsional que poseen. Algunos de estos acoplamientos son inventados y pa­ tentados por determinados fabricantes y tienen alguna capacidad especial que ha . el espesor del diafragma disminuye según au­ menta el radio. existen otros muchos tipos de acoplamientos. Los acoplamientos con múltiples diafragmas rectos poseen varios diafragmas delgados de espesor constante.27). Por este motivo.brana conectada a una de las mazas y la interior (diámetro interior) a la otra maza (figura 6. se pueden encontrar acoplamientos de diafragma que cuenten con buena flexibilidad angular. longitud axial. incluyendo instrucciones específicas de montaje y toda la información que el fabricante proporciona. • Posteriormente se ha de comprobar todas las dimensiones importantes del acoplamiento y verificar que concuerdan con las requeridas por la máquina en la que se va a instalar (diámetros de las mazas. eliminarlas con medios de lijado o pulido. • A continuación se debe comprobar si existen rebabas o muescas en super­ ficies que contactan. • Si se ha adquirido el acoplamiento pero no se va a instalar por el momento. IN S T A L A C IÓ N Y D E S IN S T A L A C IÓ N D E A C O P L A M IE N T O S El acoplamiento de ejes de una máquina es una tarea que debe realizarse con especial cuidado con el fin de maximizar la vida útil de los elementos que intervie­ nen en la transmisión. Esto incluye sola­ mente desmontar las partes necesarias para la instalación (algunos acopla­ mientos contienen subconjuntos que no necesitan ser desarmados para la instalación). se debe desmontar el acoplamiento (tal como indican las instrucciones del fabricante) e inspeccionar el estado de todas las piezas (véase ejemplo en la figura 6. asegurándose de que se incluyen todas las piezas necesarias para su correcto montaje y funcionamiento.). incluyendo el propio acoplamiento. Preparación.3. es necesario asegurar que todas las piezas cuentan con la protección nece­ saria para su conservación durante el tiempo de almacenamiento. las cuales proporciona el fabricante en cada caso. Se debe prestar es­ pecial atención a las piezas sellantes en los acoplamientos lubricados. etc. • Antes de proceder con la instalación. Si existen. .sido potenciada para solucionar las necesidades de determinadas aplicaciones especiales.2. Cada acoplamiento contará con instrucciones específicas para su instalación.28a). ya que su deterioro influye rápidamente en el funcionamiento del acoplamien­ to. y envuel­ tas en papel de protección. chaveteros. En con­ creto. • Antes de comenzar. es necesario comprobar que se cuenta con todo el ma­ terial necesario. se debe inspeccio­ nar el acoplamiento suministrado. existe una serie de pasos generales que son aplicables a la mayoría de acoplamientos. En concreto. Las piezas de goma deben ir envueltas por una cubierta que impida el paso de la humedad y de la luz. 6. Sin embargo. las piezas metálicas deben ir recubiertas por aceite o cera. Así. a continuación se inserta la chaveta completamente y luego se precarga el sistema apretando los tor­ nillos del buje poco a poco y siguiendo un patrón alterno para evitar el ajuste desalineado de los elementos (figura 6. A continuación. tras introducir la maza a alta temperatura. camisas en algunos acoplamientos. hidráulicos o térmicos para la instalación. tuercas u otros elementos).28c). el montaje de la maza cambia ya que existe interfe­ rencia dimensional entre el agujero y el eje. Final­ mente. la interferencia entre los elementos se consigue mediante el calado axial de la maza en el eje. Si la fijación radial se realiza mediante chaveta (lo que es habitual). Los pasos deben ser los mismos que en el caso anterior. según la interferencia requerida sea pequeña mediana o grande. introducir el acoplamiento hasta el nivel indicado en las ins­ trucciones (algunos se han de alinear con el final del eje. • Eie recto con buie intermedio. El caso es similar a la instalación de un rodamiento con agujero cónico. otros no). fijar la maza al eje con el elemento que se haya dispuesto para ello (habitualmente tomillos prisioneros. Con la ayuda de unos guantes aislantes se introduce y se deja enfriar antes de proceder al montaje del resto de elementos. Para salvar este obstáculo. En este caso. se debe calentar la maza a la temperatura recomendada por el fabricante con un sistema de calentamiento uniforme.28d). se debe insertar el buje en el alojamiento de la maza. Si existe. sellos. • Eie cónico v maza con agujero cónico. Para la instalación. En primer lugar se ha de asegurar que los elementos del acoplamiento que quedan axialmente hacia dentro de la ma­ za (cubiertas. Estos tomillos empujan el buje cónico dentro de la maza incrementando la interferencia y consi­ guiendo la fijación. sin precargar axialmente (figura 6. Sin embargo. el buje interme­ dio proporciona el autocentrado de las piezas. pero también pueden existir pernos. • Eie cilindrico y ajuste fijo. se debe verificar que. se requeri­ rá emplear medios manuales. etc. las mazas se montan antes de proce­ der con la alineación de los ejes. ya que de lo contrario luego no se podrán montar.- Instalación de las mazas. Posteriormente se debe insertar el conjunto en el eje hasta la posición axial requerida (figura 6.) son introdu­ cidos antes que ésta. Normalmente. similar a los utilizados para calentar rodamientos. de forma que al enfriarse no se generen tensiones. Se .28b). Los pasos de montaje dependen del tipo de fi­ jación existente entre la maza y el eje: • Eie cilindrico v ajuste móvil. existe holgura entre la cara exterior de la chaveta y la cara externa de su alojamiento en la maza. Si se instala correctamente. se debe proceder a la alineación de estos últimos.28e). Muchos acoplamientos no son específicamente dise­ ñados para un eje de un determinado diámetro. la lubricación será posterior al mon­ taje.4. Este es un paso complejo que se explica detalladamente más adelante (véase el apartado 6. siendo lo más lógico remitirse a las instrucciones de montaje proporcionadas por el fabricante. entre otras cosas. • Mazas pre-taladradas.3. cadena y re­ jilla). Esta categoría incluye los acoplamientos indus­ triales mecánicamente flexibles de engranaje. El cuidado en el montaje de estas juntas es de vital importancia ya que la cantidad de lu­ bricante suministrada es muy pequeña y cualquier fuga. el primer paso consiste en impregnar con él todas las partes con movimiento relativo (dientes del engrane. Ensamblaje del acoplamiento. Alineación de los ejes. sino que se pueden emplear en ejes de cualquier diámetro dentro de un rango admisible. A continuación se incluyen algunas recomendaciones particu­ lares para cada categoría de acoplamientos industriales: • Acoplamientos lubricados. estos orificios deben ser colocados diametralmente opuestos. la fina­ lización de la instalación depende del tipo de acoplamiento de que se trate. sino que las suministran con un taladro inicial que debe ser maqui­ nado para adaptarlo al diámetro requerido en cada caso. a reducir el inventario del almacén de mantenimiento ya que un mismo acoplamiento puede sustituir a otros en distintas aplica­ ciones. Por ello. Si el tipo de lubricante es aceite.recomienda seguir los pasos descritos para rodamientos con agujero cónico en el capítulo anterior (véase el apartado 5. A continuación se debe aplicar grasa a los anillos sellantes para facili­ tar la colocación y mejorar su capacidad de sellado. Así. con el fin de que dichos tomillos no la agujereen. Por ello es importante colocar adecuadamente la junta.3). Si el lubricante a utilizar es grasa. Tras la instalación de las mazas y la alineación de los ejes se debe terminar de instalar el acoplamiento. espe- - . puede reducir drásticamente la vida útil del acoplamiento. Esto se realiza mediante la instalación de los elementos intermedios que conectan las bridas. lo cual se realiza tras insertar los tomillos por un lado.4). Los acoplamientos lubricados con camisa partida se suministran con una junta sellante que se coloca entre ambas partes de la camisa. Entonces el acopla­ miento puede ser montado colocando las diferentes partes y juntándolas. Si las camisas incluyen orificios de lubricación (con sus respectivos tapo­ nes). Esta medida ayu­ da. los fabricantes no proporcionan las mazas con un agujero de un diámetro con­ creto. Una vez que las mazas han sido instaladas en los ejes (figura 6. por mínima que sea. de cadena y de rejilla. su montaje es simple como ocurre con los acoplamientos elas­ toméricos. • Acoplamientos elastoméricos. Se debe buscar la existencia de rebabas y filos para eliminarlos antes de proceder con la instalación. con los tomillos enroscados en las bridas so­ lamente una o dos vueltas) con al menos dos tomillos (figura 6. tienen procedimientos de instalación más senci­ llos ya que sólo hay que montar axialmente los elementos. En ocasiones la unión se realiza mediante ejes aca­ nalados.28j). se atornillan las bridas a las mazas de la forma más holgada posible (es decir.28Í) y bridas de aprisionamiento que fijan este elemento a cada una de las mazas (figura 6. La mayor parte de las veces. una consideración impor­ tante es evitar en todo momento que el sistema reciba impactos de algún ti­ po. . Estos acoplamientos son. otras veces con bridas de agujero cilindrico y ajuste con interfe­ rencia. El montaje de las bridas en los ejes depende del sistema de fijación.28k). Los acoplamientos tipo neumático poseen un elemento elastomérico partido (figura 6. El acoplamiento de bloques requiere un montaje similar. Las juntas universales requieren una consideración distinta por constituir un sistema muy diferente. Antes de la instalación todos los elementos deben ser cuidadosamente inspeccionados y limpiados. Otros acoplamientos elastoméricos. Para su instalación. más sencillos de ensamblar que los acoplamientos lubricados ya que no requie­ ren el sellado de la cámara interior del lubricante. como el acoplamiento de rosquilla o el acoplamiento de mordaza.cialmente cuando las velocidades son elevadas. aunque la unión de los elementos es mediante tomillos. generalmente. el ensamblaje final consiste en fijar los elementos intermedios (disco o diafragma) a las mazas mediante tom i­ llos. Lo fundamental en este caso es siempre realizar un buen posicionado previo de los elementos y seguir un patrón de apriete de tomillos adecuado para conseguir que éstos queden fijados concéntricamente y sin precarga alguna. se instala el resto de los tomillos y se aprietan todos siguiendo un patrón alterno que asegure el buen posicionamiento del elas­ tómero y proporcione una presión uniforme (figura 6.28h). Dado que estos acoplamientos no requieren lubricación. Acoplamientos de membrana.28g). Des­ pués se envuelve el acoplamiento con el elastómero (figura 6. en especial las bri­ das. Esto proporciona un con­ junto rotor mejor equilibrado. Es recomendable manipular la junta y transportarla en posición hori­ zontal siempre que sea posible. ya que esto causa un daño en los rodamientos que repercute en la vida útil. Durante la instalación. Para finalizar la instalación de la junta universal se deben lubricar sus rodamientos mediante las válvulas dispuestas para ello. Para finalizar.28i) y se pre­ siona suavemente hasta insertarlo en el espacio entre bridas y mazas (figura 6. . A continuación se debe inspeccionar el acoplamiento identificando cada parte según las instrucciones del fabricante y planificando el desmontaje. por uno de los cuales saldrá el lubricante a la vez que por el otro entra aire. ya que luego el se­ llado que proporcionan dichas superficies puede ser defectuoso. se pue­ den numerar las piezas y dibujar un esquema. golpeando las mazas suavemente con un martillo blando.Desmontaje del acoplamiento. Para ello. contenedor limpio para depositar las piezas. Antes de comenzar. Las partes suelen estar pegadas. entre los que se cuentan: instrucciones de desmontaje pro­ porcionadas por el fabricante. si las hay. La necesidad de desmontar el acoplamiento puede tener su origen en dos motivos diferentes: la realización de una inspec­ ción y la realización de una sustitución preventiva. En el caso de acoplamientos lubricados con orificios de purgado. el acoplamiento raramente se abre fácilmente. el procedimiento está íntimamente ligado a las tareas de inspec­ ción descritas en el apartado 6. Hay que evitar el uso de llaves ajustables (tipo llave inglesa) u otras que puedan dañar las cabezas de los pernos o las tuercas.1 y que se omiten en este apartado. en su defecto. desgastándose donde lo necesitan y consiguiendo un funcionamiento óptimo. las piezas con movimiento relativo se ajustan tras un período de rodaje. Incluso si el acoplamiento no está equilibrado. Para ello se abren los ori­ ficios de purgado (habitualmente dos). Por este motivo. este es un buen momento para retirar todo el lubricante posible. Posteriormente se debe proceder con la retirada de los tomillos. . especialmente cuando se utilizan juntas sellan­ tes. tarea que debe realizarse con la llave adecuada tanto en tipo como en tamaño. herramientas necesarias.5. Ningún método que pueda dañar las superficies es recomenda­ ble. Tras la retirada de los tomillos. es inte­ resante marcar las piezas en cualquier caso y asegurarse de que el montaje se va a realizar colocando las partes en la misma posición relativa. Se debe ob­ servar el acoplamiento para localizar marcas de montaje en mazas o camisas. especialmente en el caso de acoplamientos lubricados. En los casos en los que se ha depositado suciedad en el acoplamiento. La separación puede llevarse a cabo utilizando taladros roscados de des­ montaje si los hubiera o. es importante asegurarse de que se cuenta con todos los medios necesarios.2. rotulador indeleble. Estas marcas indican la posición relativa de las piezas para un montaje correcto y son particularmente importantes en acoplamientos equilibrados para alta velocidad. se debe realizar una limpieza exterior entes de proceder con el desmontaje. En el caso de desmontaje pa­ ra inspección. Figura 6.28. Instalación de un acoplamiento tipo neumático . Instalación de un acoplamiento tipo neumático (continuación) .28.(k) figura 6. por lo que el problema de la fuerza centrífuga no se presenta. en la mayoría de acopla­ mientos que fallan debido a la lubricación. por lo que el comportamiento del lubricante es crítico sobre todo a alta velocidad (así. En este caso solamente debe velarse por el cuidado de los elementos que no se van a sustituir. Algunos de los sistemas de acoplamiento de ejes. el fallo está directa o indirectamente relacionado con el sellado de la cámara. Los sellos juegan también un papel fundamental en la lubricación de acopla­ mientos. por lo que se deberá prestar especial atención y cuidado. En el caso de que el acoplamiento vaya a ser sus­ tituido (y no se vaya a utilizar en ningún otro sitio).2. En ausencia de otros medios. es importante inspeccionar el acoplamiento retirado pues puede proporcio­ nar síntomas que identifiquen causas de fallo. Esta fuerza y su efecto sobre el lubricante será tanto mayor cuanto mayor sea la velocidad de rotación. Dependiendo del sistema de fijación. En este sentido es siempre recomenda­ ble seguir las instrucciones del fabricante. En este caso hay que hacer notar que los golpes axiales sobre el acopla­ miento los soportan los rodamientos que sustentan el eje.4. por ejemplo. la grasa tiende a separarse en sus componentes). Uno de los aspectos más importantes en la lubricación de acoplamientos es la fuerza centrífuga que se genera con la rotación. Hay que indicar que los sellos flexibles son necesarios ya que la cámara del lubricante está cerrada por piezas que poseen . dicho lubricante deberá ser desechado. los acoplamientos mecánicamente flexi­ bles son prácticamente los únicos que requieren lubricación. Dado que al abrir el acoplamiento el lubricante suele contaminarse. Tras la apertura ya se pueden desmontar las mazas. la extracción se puede realizar con los medios descritos para desmontar rodamientos. Una vez desmontado el acoplamiento. Aun así. En efecto. se puede proceder con la inspección del mismo y su posterior montaje. L U B R IC A C IÓ N D E A C O P L A M IE N T O S Como se ha comentado anteriormente. tales como tuercas hidráulicas. En estos acoplamien­ tos la lubricación posee un papel de gran relevancia en su vida útil. hay que tener listo un recipiente para colocar bajo el acoplamiento cuando las partes son separadas. no son adecuados para funcionar a altas velocidades. las mazas fijas se pueden desmontar utilizando un martillo y un botador de material blando para golpear suavemente la maza en dirección axial.Si no se ha retirado anteriormente el lubricante. como la junta universal. tales como el eje y los rodamientos. 6. En el caso de acopla­ mientos grandes o con gran interferencia. casi tanto como el lubricante mismo. a velocidades elevadas. muchos de los pasos descri­ tos pueden obviarse. se procederá en orden inverso al utilizado para el montaje. Existen dos formas de lubricar los acoplamientos flexibles con grasa: lubricación antes del ensamblaje y lubricación después del ensamblaje. éste llega al acoplamiento mediante un sistema de bombeo o de salpicadura en el que el caudal depende del régimen de giro de la máquina. incluso en este caso. Si el acoplamiento se encuentra por encima del nivel de lubricante. Téngase en cuenta que una cantidad ex­ cesiva de grasa puede forzar los sellos hasta hacerlos fallar (incluso si la cavi­ dad no se llena) e incrementar notablemente la fricción viscosa dentro del aco­ plamiento. Lubricación con aceite. Para la lubricación después del ensamblaje el acoplamiento cuenta con orificios por los que se suministra la grasa. maza y camisa) de forma que el lu­ bricante puede fugar entre los límites de estas piezas. el lubricante es el mismo y debe ser compatible con todos los elemen­ tos. En este ca­ so. La otra categoría la integran los sellos elastoméricos. Lubricación con grasa.movimiento relativo entre ellas (por ejemplo. Los acoplamientos pueden ser lubricados con grasa o con aceite. que incluye los sellos de laberinto. Tras ser ensamblado el acoplamiento. lo que supone prácticas muy distintas con procedimientos diferentes. Un acoplamiento puede estar lubricado con aceite en dos situaciones distintas: cuando el acoplamiento está confinado con otros ele­ mentos y la lubricación es común a todos ellos (lubricación confinada) o cuando el acoplamiento contiene el lubricante (lubricación auto-contenida). fue la primera que se empleó como solución única ante la no existencia de sellos sintéticos. el engrase se realiza por los orifi­ cios. antes del montaje es recomendable cubrir las superficies de trabajo con una ligera capa de grasa. En la lubricación antes del ensamblaje la cantidad apropiada de grasa se coloca manualmente en las piezas. La primera. En ocasiones el acoplamiento se encuentra ence­ rrado con otros elementos (tales como engranajes o rodamientos) compar­ tiendo todos ellos el mismo lubricante y sistema de lubricación. los cuales tienen la ventaja de poder soportar un gran número de ciclos de flexión entre la maza y la camisa sin perder su capacidad de sellado. aunque todas ellas se pueden agrupar en dos grandes categorías. están prácticamente en desuso. y luego se monta el acoplamiento. Si el acopla­ miento se encuentra parcial o totalmente inmerso en el lubricante. Los sellos laberínticos poseen importantes desventa­ jas para su uso en acoplamientos y. por este motivo. • Lubricación confinada. En la actualidad existen muchas formas de sellar las juntas entre piezas. Dentro de esta categoría existen muchos subtipos bien conocidos por los fabricantes de acoplamientos y técnicos de mantenimiento. para lo que es siempre recomendable abrir los dos tapones y suministrar la cantidad que el fabricante recomienda. de forma que las superficies con movimiento relativo queden bien cubiertas. Sin embargo. el acó- - . También es importante verificar la no ausencia de elementos como tomillos. Sin embargo. la comprensión de por qué el acoplamiento se ha desgastado o ha fallado es fundamental para evitar situaciones similares en el futuro. En los acoplamientos lubricados. en especial. La manera de lubricación consiste en montar el acoplamiento y luego suministrar el aceite por los orificios de lubricación.5.3. por lo que deberá ser reemplazado para evitar un fallo de la máquina. 6. camisa. todas las partes deben impregnarse con aceite antes de proceder al ensamblaje del acoplamiento. observando cambios en la forma de las piezas. raspaduras y también cambios visibles en las propiedades del material (los materiales elastomé­ ricos. • Lubricación autocontenida. la inspección incluye la observación detallada de los sellos. Un acoplamiento sensi­ blemente deteriorado puede no ser capaz de durar funcionando hasta la siguiente parada programada para mantenimiento. Posteriormente se procede a desmontar cuidadosamente el acoplamiento según se ha descrito en el apartado 6. por ejemplo. 6. En esta tarea se observa la geometría de la pieza y. A continuación todas las piezas deben ser inspeccionadas detalladamente. El desgaste exterior de las piezas indica rozamiento con partes estáticas de la máquina. cuya cavidad está completamente cerrada por los sellos y tapones. relubricar y alinear los ejes.plamiento suele contar con taladros en las distintas partes que lo componen (mazas. M A N T E N IM IE N T O D E A C O P L A M IE N T O S El mantenimiento de los acoplamientos consiste básicamente en inspeccionar. Durante el desmontaje se deben inspeccionar los sellos y tapones. Con la máquina parada. reemplazándolos en caso de estar deteriorados.5.1.2. cubiertas) para que el lubricante acceda al interior. arañazos. para prevenir que las superficies metálicas de trabajo de las diferentes par­ tes entre en contacto directo. sino también para localizar posibles fugas de lubricante. . INSPECCIÓN La inspección persigue detectar daños en las piezas y controlar el desgaste que se produce al acumular horas de funcionamiento. se limpian en un baño de disolvente y se secan. lo que debe ser investigado y corregido.2. primero se debe proceder a una inspección exterior ex­ haustiva. En general.2. En este caso el lubricante queda contenido en el acoplamiento. las superficies de trabajo vigilando el desgaste de las mismas. lo que podría ser síntoma de prácticas de instalación poco cuidadas. no solo por su estado. se deterioran visiblemente al envejecer). Más tarde se separan las piezas. REL UBRICA CIÓN Para que un acoplamiento que requiere lubricación preste un servicio satisfacto~. el problema de desalineación de ejes aparece ante la necesi­ dad de transmitir un potencia desde un elemento mecánico hasta otro. el tipo de lubricante y la cantidad a suministrar. etc.3. se debe vigilar el estado y la cantidad del lubricante periódicamente. el problema suele carecer de importancia ya que no influye sensible­ mente en la vida útil de los componentes de la máquina. En la práctica. Los aco­ piamientos son elementos que no requieren períodos de relubricación cortos.2. al transmitir potencias mayores. Las consecuencias de una mala alineación son conocidas y numerosas: . por ejemplo. 6. indica que el jbricante utilizado no es adecuado para la aplicación.El lubricante extraído del acoplamiento también debe ser inspeccionado. transmisiones por engranaje. Una vez asegurada la alineación. la alineación de los ejes es un procedimiento que consiste en la recolocación de las partes con el objetivo de que coincidan en el espacio los ejes geométricos de ambas partes. Se deben seguir siempre las instrucciones del fabricante en cuanto a la periodicidad. obser»ando su aspecto y apariencia. el procedimiento de alineación de ejes se realiza moviendo sólo una de las partes (parte móvil) mientras que se mantiene fija la posición de la otra parte (parte fija). Cuando el par a transmitir y la velocidad de rotación son pequeños (transmisión de potencias pequeñas). Tras la inspección del acoplamiento se debe verificar la correcta alineación de los ejes. Este concepto también puede ser aplicado a otros tipos de transmisiones en las que los ejes están dispuestos paralelamente (transmisiones por correa. 6 3 . en estos casos. pu­ liendo llegar a ser superiores a un año dependiendo de la severidad del servicio. ALINEACIÓN DE EJES La desalineación es un defecto mecánico que se define como la falta de coinci­ dencia espacial de los ejes geométricos correspondientes a dos árboles (o ejes) de transmisión acoplados.5. Como se ha visto.2. se procede con la lubricación y el ensamblaje de las piezas según el procedimiento descrito por el fabricante.) aunque. Un aspecto jabonoso. Dada una máquina con dos partes (conductora y conducida) conectadas median­ te un acoplamiento.o. la alineación de ejes es crítica para la vida de los componentes > de la propia máquina. la desalineación denota ausencia de paralelismo entre los ejes geométricos. según se describe en el apartado 6. Sin embargo. Fallo prematuro del eje por fatiga del material. las más importantes son las siguientes: Sobreestimación de la rigidez del material de la estructura de la máquina (o bancada) durante el diseño de la máquina.) y el envejecimiento de los materiales pueden provocar x desalineación de sus elementos. etc. la verificación de la alineación ce los ejes debe realizarse periódicamente para asegurar el buen funcionamiento de ¿ máquina. la práctica demuestra que el problema de desalineación aparece con frecuencia siendo sus causas muy diversas. que producen igualmente una deformación excesiva. ejes. a la sustitución de componentes y al mayor consumo de energía. - - Los cambios de las condiciones de trabajo de la máquina y su entorno (cimenta­ ción. Vibraciones que disminuyen la vida de todos los elementos mecánicos y ali­ mentan la desalineación. permitiendo micromovimientos no deseados de la misma. ro­ damientos.- Desgaste y fallo prematuro del acoplamiento. En general. De forma orientativa.. Ruido. lo que provoca la existencia de deformaciones excesivas durante el funcionamiento. errores en el apriete de pernos de amarre. La periodicidad necesaria depende del tipo de máquina y de la potencs transmitida. Recalentamiento. etc. Sobrecarga y curvado de rotores y cigüeñales. Mayor consumo de energía. Bancadas o amarres en mal estado debido probablemente a la aparición ck grietas por fatiga. Por este motivo. De éstas. desgaste y fallo prematuro en cojinetes y rodamientos. El problema de desalineación es tan grave que se puede afirmar que este defecto es una de las causas más comunes de fallo en máquinas. instalada y puesta en funciona­ miento con el objetivo de que no exista desalineación entre sus ejes. instalaciones. una máquina mal alineada puede costar entre un 20% y un 30% más debido a la necesi­ dad de mantenimiento que genera. que son considerables y que se están asociados al funciona­ miento de la máquina. temperatura de cojinetes exces»- . Desgaste en empaquetaduras y sellos mecánicos. en principio una máquina es diseñada. una alineación deficiente es indicada por numerosos s *tomas: el tambaleo de los ejes. etc. a los tiempos de parada. vibración excesiva. Aunque. Subestimación de las fuerzas y momentos derivados del funcionamiento. Dilataciones producidas por cambios de temperatura en la bancada. Montaje de la máquina sobre cimentaciones infradimensionadas o en mal estado. al ser pro­ yectados sobre estos planos. estos sínto­ mas pueden.3. Es una condición en la cual los dos ejes son perfectamente colineales (figura 6. El objetivo realista es. . da lugar a distintas situaciones de alineación que se exponen a continuación: Alineación perfecta. La posición espacial de los ejes de las partes móvil y fija de la máquina. Es un estado ideal que suele ser improbable en la práctica. aproximarse lo más posible a esta situación perfecta. La alineación perfecta se da sólo cuando los ejes coinciden en las proyec­ ciones de ambos planos (horizontal y vertical). Si no se dispone de métodos de detección y diagnóstico más avanzados. etc.1. dando origen a dos planos de alineación: horizontal y vertical. ruido y desgaste en el acoplamiento.29) y operan como un único eje sólido cuando están acopla­ dos. por el contrario. Tal como se muestra en la figura 6. señalar la necesidad de realizar una comprobación de alineación. - Desalineación paralela. el desplazamiento necesario en la parte móvil de la máquina para lograr la alineación se suele descomponer en desplazamiento horizontal y despla­ zamiento vertical.30. es un estado en el que los ejes geométricos de los ejes mecánicos son perfectamente paralelos. por sí mismos. T IP O S D E D E S A L IN E A C IO N E S E N E JE S En la práctica.va (a pesar de la lubricación adecuada). 6. desalineación paralela. pero se cortan en el punto medio entre los platos del acoplamiento (figura 6.aunque no coincidentes. Es el tipo de desalineación más general. paralela) (figura 6. Al trabajar planos independientes (horizontal y vertical). que se mide en los dos planos de alineación. La desalineación paralela se cuantifica midiendo la dis­ tancia entre los ejes en cada plano de alineación. La magnitud que de­ fine este tipo de desalineación es el ángulo que forman los ejes. Ocurre cuando los ejes no son paralelos (desal ción angular) y no intersectan en el centro del acoplamiento (desalinea. Es una condición en la que los ejes geométricos no son paralelos. cuando existe desalin . No existe. - Desalineación combinada. por tanto. - Desalineación angular.31).32). pues. los ejes se mueven debido a deformaciones de la bancada. T O L E R A N C IA S D E D E S A L IN E A C IÓ N En principio. de los soportes de los ejes (cojinetes : rodamientos) e incluso del propio eje (deformación por flexión). que es igual al ángulo que forman los ejes (en el plano considerado). por lo que su valor no será fijo ni fácil de medir. Sin embargo. Todos estos desplazamien:?s. ésta se representa por dos magnitudes en cada plano. considerando que la precisión de los instrumentos de medida es finita (por muy grande que sea).2.3. existe un pri­ mer límite físico para la alineación que es la impuesta por la precisión limitada de los instrumentos de medida. 6. .nos independientes (horizontal y vertical). En primer lugar. los cambios de temperatura provocarán dilataciones que también afectarán a los ele­ mentos estructurales y modificarán la posición del eje. cuando existe desalineación combi­ nada. la alineación perfecta es imposible de certificar esto significa que los instrumentos proporcionarán un medida que indicará una pequeña desalineación aunque la alineación sea perfecta). Así. Una magnitud es la desalineación paralela DP que es igual a la distancia entre los ejes en el centro del acoplamiento (y en el plano considerado) y la otra es la desalineación angu­ lar a . Además. Esto implica que. de los amarres. existen. Pero además. aunque pequeños y controlados. Algunos de ellos dependen de la carga ie trabajo de la máquina. es interesante realizar ciertas consideraciones relativas a este obje­ tivo. durante el funcionamiento. el objetivo del procedimiento de alineación es conseguir una ali­ neación perfecta entre los ejes de las dos partes consideradas de la máquina (parte fija y parte móvil). los elementos estructurales de la máquina no poseen una rigidez infinita. llamado grado de alineación óptima. aplicable a cualquier máquina. Es incorrecto suponer que lo que es bueno para el acoplamiento es bueno para la máquina en la que está instalado. existe una tendencia generalizada a utilizar la tolerancia de des­ alineación que proporciona el fabricante del acoplamiento como criterio válido para la máquina. puede soportar sin problemas una desalineación angular moderadamente grande durante mucho tiempo de funcionamiento. el problema es decidir cuál es la tolerancia de desalineación óptima. ni conlleva otros efectos no deseados en el funcionamiento de la máquina. en cualquier caso resulta interesante dis­ poner de un criterio general. De la información recogida en el pasado se puede obtener una conclusión razonable (e incluso estadística) sobre la tolerancia más adecuada a la máquina de que se trate. la conclusión es que el objetivo de alineación perfecta es un objetivo utópico e innecesario en la práctica. Existen varios criterios de este tipo y todos ellos concuerdan en la tendencia fundamental: cuanto mayor es la velocidad de rotación o la potencia transmitida. que la tolerancia del acoplamiento debe . el mejor criterio para una máquina proviene siempre de su archivo histó­ rico de mantenimiento. Una vez adoptado el objetivo real de la alineación. Erróneamente. Sí es cierto. Antes de comenzar a tratar este tema.Por otro lado. dará el trabajo por finalizado. El técnico de mantenimiento que realice el trabajo de alineación debe llevar el procedimiento hasta dentro del límite o tolerancia impuesto por esta condición óptima no perfecta y. Este hecho ejerce una oposición importante a la búsqueda de un criterio general que pueda ser aplicado a todas las máquinas. desde un punto de vista funcional y de durabilidad. por ejemplo. para los casos en los que no se dispone de más información y se está obligado a tomar una decisión so­ bre si un cierto grado de alineación de los ejes es suficiente o no para el buen fun­ cionamiento de la máquina. Sin embarg:. en un tiempo razonable y que no acortará sensiblemente la vida útil de los com­ ponentes expuestos a la desalineación residual. sin embargo. que es aquel que se puede lograr con cierta economía de medios. Un acoplamiento con gran flexibi­ lidad angular. Un objetivo mucho más realista es el considerado en la siguiente afirmación: Para cada máquina existe un cierto grado de alineación (que no llega a constituir una alineación perfecta). tras alcanzar este objetivo. Como suele ocurrir en mante­ nimiento. esto no significa que esta desalineación no afecte al funcionamiento y a la vida úñl de la máquina. Sin embargo. Considerando todo esto. menor es la tolerancia de desalineación de los ejes que se van a acoplar. para cada má­ quina existe un cierto grado de desalineación por debajo del cual la desalineación no acorta sensiblemente la vida útil de los componentes expuestos al problema. es necesario hacer notar que cada máquina es distinta según un gran número de consi­ deraciones. En el primer caso. Según el criterio de CSI.ser tenida en cuenta como un dato más que puede ser útil para tomar una decisión sobre el grado de alineación necesario y suficiente entre los ejes de la máquina. Así. El nivel de tolerancia angular se muestra en la figura 6. hay que distinguir entre acoplamientos con eje inter­ medio de más de 500 mm (figura 6.33 en función del régimen de giro de los ejes. omitiendo la consideración de la desalineación paralela. Los diversos criterios globales que existen suelen provenir de la información obtenida a lo largo de muchos años de experiencia en el campo de la alineación de ejes. Desalineación angular (mrad) Velocidad de rotación del eje (rpm) Figura 6. la flexibilidad del aco­ plamiento permite especificar una tolerancia en función solamente de la desalinea­ ción angular. Guía de tolerancias angulares en acoplamientos con eje intermedio de más de 500 mm En el caso de acoplamientos sin eje intermedio o con un eje corto (menor que 500 mm).6) y acoplamientos sin dicho elemento separa­ dor (acoplamiento directo de los ejes). el criterio se expresa . Un criterio interesante es el utilizado por CSI (grupo Emerson Process Mana­ gement) que es uno de los fabricantes más importantes de sistemas de alineación por láser.33. existe una tolerancia tanto en desalineación paralela (expresada como la distancia entre los ejes en el plano central del acoplamiento) como en desalineación angular (expresada como el ángulo que forman los ejes). en función de tres variables: desalineación paralela (mm). desalineación angular (mrad) v velocidad de giro del eje (rpm). . En cuanto al diagnóstico con máquina parada. El problema de desalineación de ejes consti­ tuye un problema mecánico típico que se manifiesta de forma particular en la vi­ bración de la máquina. de 2. El diagnóstico con máquina en marcha se basa en la medida de la vibración de la misma durante su funcionamiento.). Todas las combinaciones posibles se muestran en un gráfico (figura 6. D IA G N Ó S T IC O D E L A D E S A L IN E A C IÓ N Cuando en una máquina existe un problema de desalineación.500 rpm a 7. llegando a obtener un criterio personalizado que reduzca al máximo la posibilidad de un fallo generado por desalineación de los ejes sin disparar los costes de mantenimiento asociado a dicho problema. Además.3. de 1.250 a 2. es posible detec­ tarlo y diagnosticarlo de diferentes formas según la máquina esté en marcha o pa­ rada.000 rpm (nótese que las escalas de los ejes no son las mismas en todos los gráficos de la figura 6.3.000 rpm.000 rpm y más de 7. por lo que la toma de medidas se puede realizar con me­ dios más rudimentarios y de menor precisión. de 3. 6.Como es lógico.250 rpm. relación entre estos elementos y el problema de desalineación. la técnica se basa en la medición comparativa de distancias entre elementos del acoplamiento.34) que muestra la desalineación para­ lela en el eje horizontal y la angular en el eje vertical. Estas particularidades de la vibración generada hacen que el problema de alineación sea fácilmente detectable. con la información de mantenimiento que se recoge a lo largo de la vida útil de la máquina (periodicidad de los fallos. Un buen planteamiento a largo plazo consiste en utilizar estos gráficos como primera guía para establecer la tolerancia de la máquina al problema de desalinea­ ción.34). En el gráfico se representa una curva por debajo de la cual cualquier combinación de desalineaciones se con­ sidera aceptable y otra por debajo de la cual el estado de alineación es excelente. el criterio pue­ de refinarse o adaptarse a la máquina. . Todo esto será tratado en el capí­ tulo 8 que profundiza en el mantenimiento predictivo basado en la medida de la vibración.000 a 3. elementos que han fallado. existe un gráfico distinto para los diferentes rangos de velocidad de giro del eje que se consideran: de 0 a 500 rpm. de 500 a 1. Posteriormente. Para un primer dia­ gnóstico no es necesario afinar tanto como cuando se ejecuta un procedimiento de alineación con total rigor. etc.500 rpm. el criterio considera que la combinación de un valor de desali­ neación paralela con un valor de desalineación angular es más peijudicial para la máquina que la sola existencia de el mismo valor de desalineación paralela o la sola existencia del mismo valor de desalineación angular. 35. Este procedimiento deberá realizarse dos veces. M edida grosera de la desalineación angular utilizando un micrómetro En cuanto a la desalineación angular. Figura 6. M edida grosera de la desalineación paralela utilizando una regla Figura 6.36. Si la distancia es prácticamente la misma.35). lo cual puede hacerse incluso introduciendo galgas de espesor calibrado para estimar el espesor del hueco. un sistema sencillo consiste en medir con un micrómetro la separación de las caras frontales externas de ambos platos por los dos lados de cada uno de los planos de alineación considerados (figura 6.La desalineación paralela puede detectarse de forma grosera colocando una re­ gla en la cara externa del acoplamiento y paralela a uno de los ejes (figura 6. Se observa entonces si la regla contacta con la cara externa del plato colocado sobre el otro eje.36). será indicativo de que los ejes están más o . una en cada plano de alineación. mediante mecanismos de engranaje.4. si existe algún defecto geo­ métrico (eje combado. Por otro lado. mientras que si es distinta. a una aguja cuya rotación indica el desplazamiento del palpador. Los comparadores más habituales tienen dos agujas que indican el desplazamiento .37). Existen comparadores en los que el palpador se mueve a lo largo de una dirección radial (respecto al comparador) y otros en los que la dirección es axial. será indicativo de la existencia de cierta desalineación angular en el plano medido. estos procedi­ mientos deben servir únicamente como una comprobación grosera y nunca como una medida con la que determinar los desplazamientos necesarios para la alinea­ ción. Consta de un reloj que constituye el cuerpo del comparador. El desplazamiento del palpador dentro de la guía es transmitido. 6. tales como relojes comparadores o dispositivos de alineación por láser.). C Á L C U L O D E L O S D E S P L A Z A M IE N T O S P A R A L A A L IN E A C IÓ N Los métodos de alineación están basados en el análisis geométrico de posición de los ejes desalineados. acoplamiento excéntrico o con desviación angular. existen tres que son los más empleados: el método radial-axial. En la medida grosera hay que tener en cuenta que. etc. la conclusión a la que se llegue puede no ser cierta.4. el método de alinea­ ción por láser está basado en la automatización de las medidas mediante la utiliza­ ción de un analizador. por lo que será necesario determinar el desplazamiento requerido en las patas para lograr la alineación. Los dos primeros están dentro de los considera­ dos manuales ya que la toma de medidas necesarias para determinar los desplaza­ mientos requeridos se hace de forma manual. el método de los comparadores alternados y el método de alineación por láser. A través de estos métodos y a partir de las medidas toma­ das se pueden determinar los desplazamientos necesarios en los apoyos del eje para la perfecta alineación de las partes.3. Pero el desplazamiento de la parte móvil es realizado habitualmente en las patas de la máquina (generalmente en número de 4 o más). Dicho cuerpo cuenta con una guía tubular dentro de la cual desliza una varilla que se denomina palpador (figura 6. M E D ID A C O N C O M P A R A D O R E S Un comparador es un instrumento de medida puramente mecánico.1. 6. Dichas medidas deberán ser realizadas con instrumentos de medida de la máxima precisión.3.menos alineados. En cualquier caso. Aunque se han ideado varios métodos de alineación. La aguja principal (de mayor tamaño) se mueve a razón de una vuelta por cada milímetro que se desplaza el seguidor.del seguidor. La aguja pequeña indica los milímetros. Esta aguja avanza una unidad por cada vuelta de la aguja principal. Elementos que intervienen en la medida con un comparador Para registrar la variación de la distancia entre las dos superficies (o entre el punto palpado y la superficie de referencia). El palpador del comparador apoya sobre la otra superficie. por lo que su resolución es de 0. Si las superficies se mueven.01 mm. Cuando el extremo del palpador se desplaza hacia el centro del comparador la medida es positiva (figura 6. si la superficie palpada (o la de referencia) se mueve. se coloca la estructura con base en la superficie de referencia y el palpador so­ bre el punto sobre el que se desea medir (figura 6. el pal­ pador registra el desplazamiento del punto palpado respecto a la superficie de refe­ rencia en la dirección del palpador. Finalmente. El comparador es útil para medir la variación de la distancia que separa dos su­ perficies. mientras que si se aleja del centro la medida es .37). se siguen los siguientes pasos: prime­ ro. El comparador se soporta gracias a una estructura cuya base está apoyada sobre una de las superficies que actúa como referencia (figura 6. 10 |am. es decir. Figura 6.38a).37. el comparador indica la me­ dida. a continuación el compara­ dor permite girar su esfera (o corona exterior) para hacer coincidir el cero de la graduación con la posición actual de la aguja principal (figura 6.38b). La graduación de esta aguja tiene 100 divisiones.38c). la alineación se consigue desplazando la parte móvil de la máquina en dos planos: horizontal y vertical.39 según el cual. De esta forma se puede saber el sentido del desplazamiento de las super­ ficies. tanto en la medida de magnitudes de desali­ neación como en el sentido de los desplazamientos a realizar para lograr la alinea­ ción. Antes de comen­ zar la medida de la desalineación. Cualquier criterio de signos es válido. es muy importante definir los sentidos positivos en cada uno de los planos. Figura 6. siempre que se respete desde el principio hasta el final del proceso. para un usuario situado desde detrás de la parte móvil mirando hacia la parte fija. antes de proceder con medidas precisas y cálculos.4. Medición con reloj comparador 6. En cuanto a las hipótesis de partida. los ejes positivos horizontal y vertical se dirigen hacia la derecha y arriba res­ pectivamente. C R IT E R IO D E S IG N O S E H IP Ó T E S IS D E P A R TID A Como se ha mencionado anteriormente. en los desarrollos de análisis geométrico correspondientes a cada método se van a contemplar fundamentalmente dos: . En efecto.La desalineación angular de partida es pequeña. ya que tanto las medidas tomadas como los desplaza­ mientos calculados serán magnitudes con signo. Este convenio de signos se utilizará rigurosamente en los métodos de alineación basados en medida con comparadores. se supone que la parte móvil se ha alineado .3.38.negativa.2. En este capítulo. se va a emplear el convenio de signos mostrado en la figura 6. Alternativamente podría asumirse que los desplazamientos de la parte móvil se realizan perpendicularmente a su propio eje geométrico.son prácticamente iguales. la desalineación angular será pequeña y será posible hacer ciertas aproximaciones sin gran error. La parte móvil se desplaza perpendicularmente al eje de la parte fija.3. M E D ID A D E L A D E S A L IN E A C IÓ N La medida de la desalineación proporciona la información necesaria para de­ terminar los desplazamientos de la parte móvil que llevarán a una alineación ópti­ . pero esto complica la formulación del problema geométrico. efectivamente.4.3. En consecuencia. los desplazamientos según ambas alternativas perpendicular a la parte fija y perpendicular a la parte m óvil. 6.- con la fija de forma aproximada hasta donde la simple observación hace posi­ ble. Esta hipótesis supone que el desplazamiento de los apoyos de la parte móvil se reali­ za siempre según una dirección perpendicular al eje geométrico de la parte fija. Además. en el dominio de las pequeñas desalineaciones angulares. con los ejes mostrados en la figura 6. mientras que la suma de medidas horizontales es también 0.ma.40 se observa que la suma de medidas verticales es 0. por lo que hay concordancia. la parte móvil) y palpa la otra parte (por ejemplo. Así. La toma de datos se realiza en cuatro posiciones. las dos posiciones horizontales (una en el lado positivo del eje horizontal y otra en el lado negativo) y las dos posiciones verti­ cales (una en el lado positivo del eje vertical y otra en el lado negativo). hori­ zontal negativa (o HN) vertical positiva (o VP) y vertical negativa (o VN). Medida y anotación de la desalineación Existe una regla matemática denominada regla de la cruz que relaciona las cua­ tro medidas de cada comparador. el círculo representa el plato sobre el que mide el compa­ rador. En este gráfico.39. Si la regla no se cumple es porque hay algún factor que está alterando la medida y será necesario indagar para ver cuál es la causa del error. el cual depende del método utilizado y en las cuatro posiciones exteriores al círculo se anotan las medidas (en mm). En los métodos de alineación basados en la medi­ da con comparadores.82. Medida con comparadores. Las causas más co­ munes son las siguientes: • Deformación en soportes de relojes comparadores. En la figura 6. con lo que esta medida será siempre cero (VP = 0). Figura 6. cuando los soportes de los relojes comparadores no tienen rigidez suficiente. la parte fija). Es costumbre poner a cero el comparador en la medida superior (lado positivo del eje vertical). En ocasiones. por cada comparador se tienen cuatro medidas: horizontal positiva (o HP). un comparador está fijo a una de las partes (por ejemplo.40. el . éstos se suelen anotar en un gráfico como el mostrado en la figura 6. Dentro del círculo se anota el nombre del comparador. esta regla indica que la suma con signo de las medidas verticales ha de ser igual a la suma con signo de las medidas horizonta­ les.82.40. Una vez leídos los datos. El procedimiento de medida y las consideraciones a tener en cuenta son distin­ tas según se utilicen para medir relojes comparadores o dispositivos láser. Por otro lado. M É T O D O R A D IA L -A X IA L Este método es uno de los primeros que se idearon para la alineación de ejes.3. Existen programas de alineación más elaborados que pueden adquirir informa­ ción durante todo el recorrido de rotación de los ejes. • Eie deformado o combado. En él se utilizan dos relojes comparadores para la medida de la desalineación. El comparador radial es colocado sobre la cara lateral (cilindrica) del acopla­ miento y permite cuantifícar la desalineación paralela.4. estas holguras provocan erro­ res de medida que afectan al resultado.41). Si existen. el proce­ dimiento de medida de la desalineación depende del analizador y del programa informático que se utiliza. Además. es importante eliminar las holguras antes de continuar con el procedimiento de alineación. de forma similar a cuando se utilizan relojes comparadores. También aparece discrepancia en la suma de medidas horizontales y verticales cuando hay un defecto geométrico. Cuando se utilizan estos dispositivos. estos programas permiten obtener informa­ ción válida y suficiente haciendo posible realizar la alineación. por lo que lo más recomendable es sustituir el elemento que introduce el error. Incluso cuando la capaci­ dad de giro de los ejes es limitada. Este problema es más difícil de compensar. 6. añadiéndola como un error a la desviación medida. Por ello. Los programas más sencillos también se basan en cuatro medidas (dos horizontales y dos verticales). • Holguras v roces al girar los eies.comparador registra la deformación de su soporte. Los motivos más habituales son que el comparador esté atascado o que el palpador llegue al tope de final de carre­ ra. el comparador axial puede ser colocado en las caras frontales externa o interna del acoplamiento . Es un defecto común que durante el giro de los ejes para tomar las cua­ tro medidas exista alguna posición en la que el palpador del comparador pierde el contacto con la superficie.4. La diferencia estriba en que los dispositivos láser están equipados con inclinómetros que proporcionan información exacta de la posición de los ejes para la medida. Medida con dispositivos láser. Ambos relojes están fijos a una de las partes que sirve de referencia (generalmente la parte móvil) y miden palpando la otra parte en sentidos radial y axial (figura 6. • Pérdida de contacto entre el palpador del comparador v la superficie palpa­ da. estos programas suelen realizar un análisis estadístico de los datos permitiendo verifi­ car la calidad de la información muestreada y permitiendo descartar datos no válidos (fuera del ajuste estadístico). por separado. mientras que ¿5 medidas de los comparadores. una en el lado positivo (XP ) y otra en el lado negativo XX). . se tendrá que realizar un procedimiento de alineación como el que se describe a continuación. Para cada uno de estos planos. E y G son magnitudes sin signo.41. De la misma forma. C. D.(en la figura 6.41 se muestra apoyado sobre la cara externa) y permite determinar el grado de desalineación angular. Típico montaje del método radial-axial La figura 6. Las medidas del comparador ra­ nal (R) reciben el nombre de RP para la medida en el lado positivo del plano y RN rara la medida en el lado negativo. B. Figura 6. Las dimensiones A. el comparador axial (X) proporciona dos medidas. La medida se realiza de forma independiente en los dos planos de alineación (horizontal y vertical).42 representa la situación de los comparadores en las dos medidas que se toman en uno de los planos de alineación. el ángulo a y los desplazamientos DAC (Despla­ zamiento del Apoyo Cercano al acoplamiento) y DAL (Desplazamiento del Apoyo lejano al acoplamiento) son magnitudes con signo. se pueden determinar los desplazamientos necesarios en la parte móvil para conseguir la alineación perfecta. Esto puede realizarse gráficamente o analíticamente.42) y -1 si está colocado en la cara interna. se puede observar que los valores de R y X son positivos en el ejemplo de la figura 6.2 ] así.42. Para ello se introduce una constante Kx cuyo valor es 1 si el comparador está colocado en la cara externa (caso de la figura 6. A partir de estas medidas.Figura 6. Sin embargo. ya que el signo determinará si la máquina debe ser despla­ zada en un sentido u otro. Llegado este punto ya se dispone de la medida de la desalineación. (comparador radial) si comparador axial en cara externa si comparador axial en cara interna [6. el resultado del com­ parador axial cambia de signo según dicho comparador esté colocado en la cara interna o externa.42. 1] [ 6. La medida de cada comparador entre las dos posiciones (positiva y negativa) se obtiene por diferencia. . Relaciones geométricas en el método radia ¡-axial Cada una de las dos medidas de cada comparador tendrá que tomarse con su signo correspondiente. partiendo del punto P0 (a una distancia A+B de las patas más a la iz­ quierda de la parte fija) se dibuja verticalmente un segmento de longitud -RJ2 (RJ2 cambiado de signo). según la escala hori­ zontal) y sentido hacia la parte móvil un segmento de longitud igual al diámetro de medición del comparador axial (cota G en la figura 6. Las magnitudes horizontales representan distancias reales de la máquina y pueden medirse incluso en metros. el semiplano por encima del eje horizontal es considerado positivo. R es positivo. llegando al punto P3. En la figura . mientras que el semiplano inferior es considerado negati­ vo. Verticalmente.El método gráfico está representado en la figura 6. Partiendo de este punto se representa en dirección horizontal (y. Conocido el eje se puede obtener fácilmente los desplazamientos necesarios DAC y DAL a partir de las cotas D y E. por tanto. B. X es positivo. Las magnitudes horizontales y verticales representadas en el gráfico suelen ser de órdenes de magnitud muy diferentes. D y E de la figura 6.X es negativo y por eso se dibuja hacia abajo). La recta que pasa por los puntos Pi y P3 representa el eje de la parte móvil. En una hoja milimetrada se comienza dibujando un eje horizontal que representa el eje geométrico de la parte fija de la máquina.42. llegando al punto Pj.42. Partiendo de ese punto se dibuja un último segmento cuya magnitud es igual a -X ten el ejemplo de la figura 6. se marcan sobre dicho eje los puntos impor­ tantes de la máquina designados por las cotas A. Una vez dibujado el eje horizontal. La representación se hace hacia arriba si -R es positivo y hacia abajo si -R es negativo (en el ejemplo de la figura 6.42). C. las magnitudes verticales suelen ser muy pequeñas (mm o incluso décimas de mm). pues representan la desalineación de la máquina. Pos­ teriormente. por lo que -R es negativo y por eso se dibuja hacia abajo). Se llega así al punto Pi.42. Sin embargo. Por este motivo se suelen utilizar escalas distintas que magnifiquen las distancias verticales a la vez que reduzcan las norizontales (nótese que el uso de escalas diferentes en las direcciones horizontal y vertical supondrá que los ángulos obtenidos en el gráfico no serán reales). por lo que .43. se utilizan las relaciones trigonométricas de la figura 6. Si no estuviera dentro de los límites aceptables. el coseno del mismo es prácticamente 1.42 el valor de es negativo) [6. Esta expresión permite calcular el ángulo de desalineación angular (a). mientras que C y G son cotas o dimensiones sin signo (positivas).42.1 (figura б. Así. se puede desplazar la parte mó­ vil para lograr una mejor alineación.34) para verificar si el estado de alineación está dentro de los lími­ tes aceptables o no.33 y figura 6.43 los desplazamientos resultan hacia arriba. Teniendo esto en cuenta e incluyendo la ecuación 6. se puede obtener la relación entre X. 6] donde R y X son variables con signo. consecuentemente. G y a: (en la figura 6. por lo que los desplazamientos ne­ cesarios en la máquina serán en sentido positivo en el plano considerado. la ecuación anterior se transforma con gran aproximación en las siguientes: [6 . a partir del ángulo de desalineación a y de la medida del comparador . cuyo valor es sensible al signo de X: ( grados ) [6.Z/G| < 0. Para la resolución analítica del problema de alineación.3.3] donde se ha considerado que un ángulo a es positivo en sentido contrario a las agujas del reloj y medido desde el eje de la parte fija hasta el eje de la parte móvil.42: R C DP ------------------.6. Para la obtención de los desplazamientos se procede de forma similar a como se hizo para la obtención de la desalineación pa­ ralela. Conocidos los valores de desalineación paralela DP y de desalineación angular а .25 .t g a 2-co sa 2 [6.4] donde la aproximación de esta expresión es aceptable siempre que|. se puede utilizar un criterio como los presentados en el apartado 6. La desalineación paralela DP en el centro del acoplamiento se puede obtener a partir de la medida del comparador radial (R ) y del ángulo de desalineación a ante­ riormente obtenido según la figura 6.5] Pero el ángulo a es habitualmente muy pequeño en valor absoluto (muy próxi­ mo a 0o) y.3. Considerando el triángulo correspondiente a la lectura del comparador axial. D. esto puede provocar - - . eso es indicativo de que el apoyo debe ser desplazado en sentido positivo. en el ca­ so de ejes apoyados mediante cojinetes de fricción).3.1 y 6. Tal como se ha resuelto la formulación del problema. E y G son cotas o dimensiones sin signo (positivas).radial se puede obtener el desplazamiento necesario en los apoyos cercano (DAC ) y lejano (DAL ) al acoplamiento (figura 6. Sin embargo. y al contrario si son negati­ vos. Si alguno de los ejes presenta una cierta holgura axial (por ejemplo.3. si dicha excentricidad es excesiva o in­ consistente puede llegar a ser difícil de compensar.7] [6. 10] donde R y X son variables con signo y C.42): [6. las ecuaciones anteriores se transforman con gran aproximación en las siguientes: [6. Estas dos ecuaciones son sensibles a los signos de los valores de R y X. los principales son los siguientes: En el caso de girar solamente la parte móvil.8] Utilizando de nuevo el hecho de que el ángulo a es habitualmente muy pequeño en valor absoluto (el coseno del mismo es prácticamente 1) e incluyendo la ecua­ ción 6. presenta ciertos inconvenientes que hacen al método de los comparadores alternados (véase el apartado 6. según son calculados en las ecuaciones 6. De los inconvenientes del método radial-axial. cualquier irregu­ laridad en la cara sobre la que apoya el comparador axial puede derivar en una lectura errónea que lleve a una alineación incorrecta.5) más indicado en ciertos casos.9] [6 . si los desplazamientos obtenidos son positivos.2. Además. El método radial-axial proporciona una visualización intuitiva de las posiciones relativas de los dos ejes. En el caso de girar exclusivamente el eje de la parte móvil.4. la posible excentricidad de la pared cilindrica del acoplamiento con respecto al eje geométrico puede indu­ cir a errores en las lecturas. En acoplamientos con gran hueco intermedio. ya que de esta forma se eliminan los errores derivados de la posible excentricidad del acoplamiento y defectos o falta de perpendiculari­ dad en su cara frontal. se obtienen siempre mejores resultados si se giran los dos ejes para tomar las lecturas en los casos en los que es posible. la barra que soporta los com­ paradores es susceptible de deformarse. cada uno de los comparado­ res está fijo a cada una de las partes de la máquina que quedan a ambos lados del acoplamiento (figura 6. se sigue utilizando en aplicaciones en las que existe una o va­ rias de las siguientes condiciones: Cuando uno de los ejes no puede ser girado debido a la tipología de la má­ quina. Sin embargo. se deberá reali­ zar un procedimiento de verificación y compensación de la excentricidad y de la falta de perpendicularidad. el método no está indicado para este tipo de acoplamientos. no existe hueco suficiente para el comparador axial. M É T O D O D E L O S C O M P A R A D O R E S A L TE R N A D O S De forma similar al método radial-axial. La precisión obtenida en la alineación es tanto menor cuanto mayor sea la distancia entre los platos del acoplamiento (es decir.44). cuanto mayor sea C) y menor sea su radio (es decir. Si el espacio no permite colocar el comparador axial en la cara externa del acoplamiento. Si pese a quitar el elemento inter­ medio del acoplamiento. en este caso. este método se basa en la utilización de dos relojes comparadores.3. Si la rotación de ambas partes no es posible. se desea insistir en el hecho de que. el método radial-axial. En tales casos resulta necesario colocar topes axiales para la alineación.- - - errores en las lecturas del comparador axial. Finalmente. es necesario quitar el elemento intermedio del acoplamiento. cuanto menor sea G).5. . dentro de los métodos manuales. Así. con este método. 6. lo cual puede llegar a ser una tarea ardua. el método no se puede aplicar. Sin embargo y pese a estos inconvenientes. alterando las medidas obtenidas. Cuando el hueco entre los platos del acoplamiento es pequeño.4. Cuando los platos del acoplamiento son de gran diámetro (en relación al hueco intermedio del mismo). lado Positivo) y M N (comparador Móvil. . Para la toma de medidas se giran simultánea­ mente los dos ejes. lado Positivo) y F N (compa­ rador Fijo. en este plano se toman dos medidas.Figura 6. Como en el método radial-axial.45 representa la situación de los comparadores en las dos medidas que se toman en un plano de alineación. existirá un comparador que se moverá solidariamente con el eje de la parte fija de la máquina (comparador F) y el otro con el eje de la parte móvil (compara­ dor M) (figura 6. La alineación también se realiza de forma independiente en los dos planos: horizontal y vertical. La figura 6. A partir de las medidas tomadas se determinan los desplaza­ mientos de los apoyos cercano (DAC) y lejano (DAL ) de la parte móvil para lograr la alineación óptima. Así se llega a las lecturas FP (comparador Fijo.45). lado Negativo) proporcionadas por el comparador de la parte fija y a las lecturas MP (comparador Móvil.44. Montaje de! método de comparadores alternados Así. una en el lado positivo (P) y otra en el lado negativo (N). lado Negativo) proporcionadas por el comparador de la parte móvil. Comparador Parte Móvil (M) . máquina. A continuación.45.M es negativo y por eso se dibuja hacia aba­ jo). Conocidas las medidas de los comparadores. C. partiendo del punto P0 situado en el eje de la parte fija (a una distancia A+B de las patas más a la izquierda de la parte fija). En la figura 6. Figura 6. se marcan sobre dicho eje los puntos impor­ tantes de la máquina designados por las cotas A. Pos­ teriormente. F y A/. por lo que . se puede determinar la magnitud del ángulo de desalineación (a ) en el plano . La recta que pasa por los puntos Pi y P 3 representa el eje de la parte móvil.onsiderado: . Se llega así al punto Pi. Co­ nocido el eje se puede obtener fácilmente los desplazamientos necesarios DAC y DAL a partir de las cotas D y E.45.46. se dibuja verticalmente un segmento de longitud -MI2 (MI2 cambiado de signo). por lo que los desplazamientos necesarios en la máquina serán en sentido positivo en el plano considerado. partiendo del punto P2 (a una distancia A+B+C de las patas más a la izquierda de la parte fija) se dibuja verticalmente un segmento de longitud F/2 (la magnitud F no se cambia de signo). M es positivo. D y E de la figura 6. Se llega así al punto P 3 . Por este motivo se suelen utilizar escalas distintas que magnifiquen las distancias verticales a la vez que reduzcan las horizontales. La representación se hace hacia arriba si F es positivo y hacia abajo si F es negativo (en el ejemplo de :a figura 6.46 los desplazamientos resultan hacia arriba.45.45. F es negativo y por eso se dibuja hacia abajo). Resolución gráfica del problem a de alineación según el método de los comparadores alternados Una vez dibujado el eje horizontal. B. La solución analítica se plantea a partir de las relaciones trigonométricas que se rueden extraer de la figura 6. La representación se hace hacia arriba si -M es positivo y hacia abajo si -M es negativo (en el ejemplo de la figura 6. Así. teniendo en cuenta que el ángulo a es habitualmente muy pequeño.45.2 5 [6. Para la obtención de los desplazamientos procede de forma similar a como se hizo para la obtención de la desalineac paralela.14] De esta expresión se puede despejar el ángulo de desalineación a .33 y figura 6. el coseno del mismo es prácticamente 1 y la ecuación anterior se puede transformar con gran aproximación en esta otra: [6.45): [6. mientras que C es una cota o dimensión sit signo (positiva). Pero.17] donde M y F son variables con signo.13] donde se ha considerado que el ángulo a es positivo en sentido contrario a las agu­ jas del reloj y medido desde el eje de la parte fija hasta el eje de la parte móvil. 1 * . se puede desplazar la parte m :vil para lograr una mejor alineación. a partir del ángulo de desalineación a y de la medida del compa radial se puede obtener el desplazamiento necesario en los apoyos cercano (DAC i lejano (DAL) al acoplamiento (figura 6.3. se puede utilizar un criterio como los presentados en el apartado 6.45: [6. Si no estuviera dentro de los límites aceptables. quedando: [6.(en la figura 6. este valor es negativo) [6.16] La desalineación paralela DP en el centro del acoplamiento se puede obtener a partir de la medida del comparador radial (R ) y del ángulo de desalineación a ante­ riormente obtenido según la figura 6.34) para verificar si el estado de alineación está dentro de los lím tes aceptables o no.1 (figun б.15] donde la aproximación de esta expresión es aceptable siempre que: \(F + M )/2 C \< 0 . Conocidos los valores de desalineación paralela DP y de desalineación angula а . Si un rotor de una máquina no se puede mover. de esta forma. la posible excentricidad de las caras laterales del acoplamiento no afecta la me­ dida. Un signo negativo en los desplazamientos obtenidos de las ecuaciones 6. Proporciona una precisión menor en máquinas axialmente muy próximas con acoplamientos de gran diámetro.19] y. - En oposición a estas ventajas.21 indicaría una necesidad de descenso del apoyo correspondiente. como se ha explica­ do en el método radial-axial.21] donde M y F son variables con signo y C. éste sería igualmente válido para el plano horizontal. Generalmente. La holgura axial de los ejes (imprescindible en algunas máquinas) no afecta significativamente las medidas. por lo que no requiere el desmontaje del acoplamiento. Los desplazamientos necesarios están relacionados con las lecturas de los comparadores de forma intuitiva. el método cuenta con una serie de inconvenientes que hacen poco indicado su uso en ciertas aplicaciones: Se requiere la rotación de ambos rotores.13 se llega a: [6 . D y E son cotas o dimensiones sin signo. Las medidas se pueden tomar con los ejes acoplados.20 y 6. Estos valores obtenidos son las distancias que se han de elevar los apoyos del eje de la parte móvil para una correcta alineación en el plano vertical. el método no es aplicable.20] [6. sustituyendo tg a por su valor obtenido de la ecuación 6.[6. . Aunque se ha realizado el desarrollo para el plano vertical. lo que proporciona seguridad en los cálcu­ los. Dentro de los métodos manuales. el método de los comparadores alternados cuenta con gran aceptación entre los ingenieros de mantenimiento porque presenta ciertas ventajas que son expuestas a continuación: Proporciona una muy buena precisión cuando los diámetros de los platos del acoplamiento son pequeños (mejor que la de otros métodos). ambos ejes son girados conjuntamente y. Dispositivo láser para alineación de ejes 6.- No puede ser utilizado en pequeñas máquinas con espacio insuficiente para instalar dos brazos soporte y los correspondientes relojes comparadores. los brazos de los comparadores hacen difícil la toma de datos consisten­ tes y sin error. En máquinas con acoplamiento de gran diámetro y distancias axiales gran­ des. Es­ tos dispositivos cuentan con un emisor de luz láser y un sensor de luz capaz de . Estudiando las ventajas y los inconvenientes de los dos métodos expuestos hasta el momento. Sin embargo. Contando con ambos mé­ todos manuales se asegura un buen resultado en la gran mayoría de las aplicacio­ nes. en lugar de utilizar ele­ mentos mecánicos (tales como galgas o relojes comparadores) para tomar las me­ didas.47) que son mucho más precisos. puede observarse que son métodos complementarios ya que cada uno es indicado para aplicaciones en las que el otro no lo es. se utilizan dispositivos láser (figura 6.3.4. Emisor de luz Sensor receptor Figura 6. MÉTODO DE ALINEACIÓN POR LÁSER Los sistemas de alineación por láser están basados en los mismos principios que el método de los comparadores alternados.47.6. enfrentados de forma que el haz de luz emitido por cada uno incide sobre el sensor del otro. Figura 6. en base a las medidas de la máquina (que el usuario debe proporcionar al analizador) determina no solamente el tipo y grado de desali­ neación de los ejes. el montaje habitual cuenta con dos dispositivos cada uno de los cuales se monta sobre una parte de la máquina (figura 6. sino los desplazamientos necesarios en la parte móvil para . Los dispositivos cuen­ tan además con un inclinómetro que mide con precisión la orientación del mismo con respecto a la vertical. Montaje de un sistema de alineación por láser La información leída por los dispositivos láser es transmitida a un analizador portátil (generalmente mediante conexión por cable o por infrarrojos) (figura 6.48).determinar con gran precisión la posición en la que incide el haz de otro dispositi­ vo. Así.48) que se encarga de procesarla y.48. Así. una vez desplazada la máquina. el siste­ ma permite verificar la calidad de la alineación. Los analizadores realizan un ajuste estadístico de los datos obtenidos. cuando los ejes están perfectamente alineados. Los sistemas de alineación por láser se basan en el hecho de que. dos en el plano vertical y dos en el plano horizontal. Los sistemas de alineación por láser más simples toman medidas solamente en cuatro posiciones. Sin embargo. consiguiendo con ello importantes venta­ jas: El ajuste estadístico permite obtener información sobre la desalineación con mucha más precisión que a partir de la toma independiente de medidas en dos planos. cuando los ejes están desalineados la figura dibujada deja de ser una circunferencia para ser una elipse (si existe desalineación angular) que además está descentrada (si existe desalineación paralela) (figura 6. . una circunferencia perfecta sobre un plano fijo en la otra parte (figura 6. obteniendo puntos de la elipse.49. Circunferencia en el plano n Elipse en el plano n El haz láser dibuja una circunferencia perfecta El haz láser dibuja una elipse descentrada Figura 6.49b). Principio de funcionam iento de los sistemas de alineación p o r láser Los sistemas más evolucionados realizan una medida a lo largo de toda la rota­ ción o de parte de ella. un haz de luz fijo a una de las partes dibuja.49a). al girar el eje. reali­ zan una alineación independiente en los dos planos de forma similar a los métodos basados en medición con comparadores.conseguir la alineación perfecta. Además. MAQ. A MAQ. Esto es muy útil en los casos en los que por falta de espacio o por limitaciones en la movilidad de las máquinas. los sistemas de alineación por láser cuentan con otras importantes ventajas que se resumen a continuación: . AHGUL:192 VERT.:-0. además de las comentadas.£60 Figura 6. Para obtener información suficiente sobre la desalineación de las máquinas. la figura 6. En ella se observan tanto los puntos tomados como las curvas ajustadas.300 EST. El sistema indica (en porcentaje) la calidad del ajuste y permite excluir manualmente datos que se alejan de la curva ajustada. B 2.:-0. Como ejemplo. los dispositivos láser colocados sobre los ejes no pueden ser rotados completamente. sino que puede hacerse tomando datos incluso solamente en un cuarto de vuelta (90°).- El tratamiento estadístico de los datos permite eliminar puntos que se alejan mucho del ajuste.50. También muestra los datos correspondien­ tes a las curvas resultantes. no es necesario tomar datos en toda una vuelta del eje (360°). permitiendo descartar los errores de medida. Ajuste estadístico de las medidas en un sistema de alineación por láser Pero.50 muestra el ajuste estadístico de los datos obteni­ dos por los dispositivos láser asociados a las máquinas a ambos lados del acopla­ miento. Configuración de la máquina. no será posible con­ seguir una alineación de calidad ya que el eje se moverá durante el funcionamiento debido a las deformaciones permitidas por estas deficiencias. Así. . . Así. luz solar intensa y polvo pueden distorsionar el haz de luz y provocar que el sistema funcione con imprecisión. El principal inconveniente de este sistema es que depende de la transmisión del haz de luz láser. C O N S ID E R A C IO N E S P R E V IA S A L A A L IN E A C IÓ N D E E JE S Como se ha visto. es necesario tener en cuenta algunas consi­ deraciones y realizar ciertas comprobaciones para asegurar la viabilidad del proce­ dimiento y la validez de los resultados. además de in­ crementar la comodidad del operador y disminuir el tiempo necesario para la operación de alineación. Consiste en un análisis preliminar con el obje­ tivo de determinar los puntos de apoyo de las dos partes a alinear y decidir cuál será la parte fija y cuál la móvil. . la bancada carece de la rigidez suficiente o la cimentación de la máquina no es sólida. se considerará la parte móvil.La eliminación de soportes mecánicos sometidos a flexión contribuye a me­ jorar aún más la precisión de este método frente a los métodos que los utili­ zan.5. tipo de apoyos.La medición automática elimina los errores potenciales del operador. Antes de proceder con la alineación. antes de proceder con la alineación. aque­ lla que presente una mayor facilidad para el movimiento considerando todos los factores posibles (volumen.El cálculo de desplazamientos a partir de las medidas es realizado de forma automática. etc.) Estado de la estructura de la máquina.- Los sensores de luz láser poseen mejor precisión que los elementos mecáni­ cos de medición (relojes comparadores. variaciones en la temperatura. el cual es susceptible de problemas en ciertos ambientes.). instalaciones conectadas. vapor. si la máquina no está bien diseñada. peso. por tanto. En general. los métodos de alineación de ejes se basan en la toma de me­ didas con gran precisión ya que las desalineaciones son muy pequeñas. Es muy importante plantearse estas y otras consideraciones antes de proceder con el proceso de alineación. la existencia de ondas de calor.3. por ejemplo. este método propor­ ciona resultados mucho más precisos y posee una mayor repetibilidad. es necesario revisar el estado general de la máquina con el fin de verificar la au­ sencia de grietas y daños que puedan representar pérdidas de rigidez en la má­ - . A continuación se describen las más importantes. etc. Sin embar­ go. 6. lo que evita la posibilidad de errar en los cálculos. desde los móviles hasta la estructura. Tipo de máquina y configuración de los apoyos. Esta inspección debe extenderse a todos los elementos de la máquina. Rotor pesado provoca la flexión del eje Plano vertical Cuando la máquina está parada. Si existieran. la parte móvil está desalineada. Son consideracio­ nes de muchos tipos y muy numerosas. Al realizar el procedimiento de alineación.51. la parte móvil se alinea con el eje de la parte fija en su situación de flexión. En estas condiciones de funcionamiento.- quina. Plano vertical Rotor en equlibrio dinámico Cuando la máquina está en marcha. En tal caso resulta más intere­ sante posponer el trabajo de alineación y realizar antes un trabajo de reparación que subsane los defectos detectados. Estas consideraciones pue­ den influir notablemente en el procedimiento de alineación. que se han de estudiar in situ y para lo que se requiere práctica y experiencia. el rotor pesado adopta una situación de equilibrio dinámico en la que prácticamente no hay flexión. (b) Situación de máquina en marcha Figura 6. Influencia de un rotor pesado que se equilibra dinámicamente durante el funcionam iento en el procedim iento de alineación . dichos defectos podrían lle­ gar a dificultar o hacer imposible la alineación. el rotor pesado provoca la flexión del eje. Si no existe monitorización. mientras que en situación de marcha el eje puede recuperar su posición rectilínea (figura 6. El tipo y estado del acoplamiento puede influir en el proceso de alineación de diferentes maneras.52c) o una combinación de ambas. paralela (figura 6. la presión hidrodinámica generada en el cojinete cambia la posición del eje respecto a cuando la máquina está parada. el pro­ blema puede ser más difícil. la posible excentricidad del acoplamiento no in­ fluye en la medida (esto se expondrá con más detalle a continuación al tratar la influencia de los defectos geométricos). en general se recomienda utilizar las superficies del acoplamiento (de ra­ dio mayor que las de los ejes) para apoyar los relojes y tomar las medidas. en teoría. Esto es debido a que. Acoplamiento. en la práctica. .5 la). En estos casos es importante realizar una estimación de la posición real del eje durante el funcionamiento de la máquina. En el caso de alineación con relojes compara­ dores. el error introducido al medir con la máquina parada debe ser tenido en cuenta al determinar los desplazamientos de alineación. por ejemplo). el acoplamiento debe ser inspeccionado antes del proceso de alineación. la posición del eje cuando la máquina está parada (momento en que se realiza la alineación) no es la misma que cuando la máquina está en marcha. no lo esté durante su fun­ cionamiento normal. el eje se cur­ va por flexión debido al peso del rotor entre los apoyos (figura 6. puede estar desviado de forma angular (figura 6. Pero incluso manteniendo acopladas las partes. Si ésta cuenta con un sistema que monitoriza la posición del eje. Defecto geométrico en ejes y acopiamiento (runout ). En cualquier caso. la medida de la desalineación con comparadores puede realizarse girando sólo una parte de la máquina.52b). durante el funcio­ namiento. Aun­ que. es­ ta estimación puede ser sencilla y precisa. contiene holguras o no está firmemente anclado al eje. en grandes máqui­ nas con ejes apoyados en cojinetes de fricción.51b). si la máquina lo permite es muy importante mantener las dos partes acopladas de forma que ambas giren solidariamente. En cuanto a la influencia de la configuración de los apoyos.52a) o a un defecto de fabricación del acoplamiento. cuando se mide la desalineación con la máquina parada. en el que el agujero. De esta forma. una vez realizada la estimación de la posición real. la medida puede contener erro­ res si el acoplamiento está desgastado. Este defecto provoca la falta de coincidencia del eje geométrico de rotación de la máquina y el eje del plato del acoplamiento. figura 6. que es cuando se requiere. Puede atribuirse a una deformación permanente en el eje (eje combado. Esta diferencia puede falsear el trabajo de alineación de forma que aun­ que la máquina quede bien alineada durante la parada. Por estos y otros motivos. defectuoso. respecto a la cara cilindrica exterior.- - Como ejemplo de influencia del tipo de máquina se puede comentar el hecho de que en algunas máquinas con rotores pesados (turbinas de gas industriales. A girar la parte izquierda apoyando el palpador del comparador sobre el plato ex­ céntrico de la parte derecha. el diagnóstico de la desalineación paralela (excentrici­ dad) de un acoplamiento puede realizarse fácilmente utilizando un comparador con base en la bancada y palpando la superficie cilindrica del acoplamiento (figura 6. La detección de una desalineación angular del eje puede realizarse de forma si­ milar colocando el comparador en dirección axial sobre la superficie frontal del acoplamiento (figura 6. Si . El ángulo (a.53c). La parte derecha cuen­ ta con un acoplamiento con desalineación paralela (acoplamiento excéntrico). En el caso de utilizar dispositivos láser. Como ejemplo. estos dispositivos pueden montarse directamente sobre los ejes. Además.53a muestra dos ejes perfectamente alineados de una máquina en la que sólo se puede girar la parte izquierda. Si existe excentricidad. la excentricidad del plato derecho del acoplamiento afecta notablemente a la medida de la desalineación. la rotación de ambos ejes es un requisito. el comparador indicará medidas diferen­ tes al girar el eje. por lo que el efecto de estos defectos se minimiza. La excentricidad (e) del plato será la mitad de la distancia re­ gistrada por el comparador (c) entre sus valores extremos al girar el eje una vuelta. Si es posible girar el eje. Defecto geom étrico en ejes y acoplamiento.53b). Por lo tan­ to. se obtiene una lectura que refleja una desalineación paralela de los ejes aún cuando éstos están perfectamente alineados. en radianes) de desalineación del plato del acoplamiento respecto al eje que lo soporta será igual a la distancia re­ gistrada por el comparador (c) dividido por el radio del punto de medida (/?).El defecto geométrico introduce un error en la medida de la desalineación cuan­ do se utilizan comparadores para realizar la medición y cuando solamente se gi­ ra una de las partes de la máquina. la figura 6. con lo que la influencia de defectos en el acoplamiento es nula. Eje de rotación de la máquina Eje del acoplamiento Eje de rotación de la máquina Eje del acoplamiento (a) Problema de eje combado (b) Problema de acoplamiento con desalineación oblicua (c) Problema de acoplamiento con desalineación paralela Figura 6.52. Si se detecta alguno de los problemas. Para ello. si el problema es la existencia de un eje combado. a continuación.53d). en el eje (el comparador registra desplazamiento al girar el eje) o en am­ bos. Finalmente. en consecuencia.el acoplamiento no presenta desalineación angular. la detección puede lograrse tomando con un comparador una medida radial sobre el eje (figura 6. se debe realizar una medida radial y otra axial con un comparador referenciado en la estructura de la máqui­ na u otra parte inmóvil y estacionaria. el ángulo de desalineación también. la medida del comparador será nula y. para determinar si el de­ fecto está en el acoplamiento (el comparador no registra desplazamiento al girar el eje). . Antes de iniciar un procedimiento de alineación se ha de detectar si existe algu­ no de los defectos geométricos expuestos. la medida del comparador será nula. realizar otra medida sobre el eje. Si el eje no está combado. se debe. juego normal en cojinetes de fric­ ción. sobre todo cuando el apoyo axial se consigue mediante un cojinete plano de empuje. mediante un gato hidráulico). el juego axial implica la posibilidad de movimiento axial y el juego torsional implica que uno de los ejes puede girar con respecto al otro y puede existir cierto desfa­ se en el movimiento de rotación. se puede optar por aco­ plar los ejes (con lo que se minimiza el error asociado a este defecto). se ha alcanzado el régimen térmico estacionario en caliente) provocan dilatacio­ .Temperatura. Este juego introduce un gran error cuando se utilizan sistemas de ali­ neación por láser y un error menor cuando la medida de la desalineación se ob­ tiene mediante relojes comparadores. cuando se ha alcanzado un régimen térmico esta­ cionario en frío) frente a cuando la máquina está en marcha un tiempo (es decir. es importante girar ambos platos siempre en el mismo sentido eliminando. si existe. se debe al uso de un acoplamiento con flexibilidad torsional. De estos tres tipos de juegos. Este juego viene asociado habitualmente a las holgu­ ras existentes en cojinetes de fricción tal como se ha comentado anteriormente. la solución pasa por restringir la holgura durante la medida y estimar la posición real del eje durante el funcionamiento. el más problemático para la medida de la desali­ neación es el juego radial. En el segundo caso. Aunque este ti­ po de juego es menos problemático que el radial. el posible juego residual que quede. Tras esto. En cualquier caso. cuando los ejes están acoplados. de acuerdo con la holgura radial existente. o por no realizar la alineación y esperar a la reparación del defecto (sustitución del eje o del aco­ plamiento). de forma que uno de los ejes puede moverse con respecto al otro de acuerdo con las holguras. La existencia de juego radial implica que.Juego radial. . es importante eliminar­ lo (especialmente cuando se usan dispositivos láser). por mar­ car el acoplamiento para indicar la dirección de deformación y posteriormente corregir las medidas durante el procedimiento de alineación. aunque también puede deberse a un mal estado de los rodamientos o a proble­ mas en el acoplamiento. El juego en el acoplamiento está provocado por las holguras existentes en los apoyos de los ejes acoplados. El juego axial puede existir también en determinados ejes. existe la posibilidad de movimiento relativo entre los ejes en dirección radial. mal estado de los apoyos. En el primer caso. Las diferencias de temperatura cuando la máquina está parada durante un tiempo (es decir. .Si se detecta la existencia de algún defecto geométrico. una cinta adhesiva de tela resistente uniendo los dos platos del acoplamiento). de esta forma. conviene reducirlo ejerciendo presión en el eje en uno de los sentidos axiales (por ejemplo. El juego torsional. procede realizar una sustitución de los apoyos defectuosos antes de realizar la alineación. para lo cual puede utilizar­ se cualquier medio que acople las partes con rigidez torsional (por ejemplo. axial y torsional. ya que estos dispositivos se montan en un tiempo mucho menor que los relojes comparadores. estas instalaciones cargan la estructu­ ra de la máquina hasta tal punto que su efecto en la misma es significativo para la alineación de los ejes. agua. los conductos deben tener su presión habitual. evitando que la máquina se enfríe dema­ siado. Es más.- - nes diferenciales en distintos puntos de la máquina que se traducen en despla­ zamientos de los apoyos de cada eje y. lubricante. los desplazamientos del eje debi­ dos a la dilatación. si es posible. Muchas máquinas requieren de distintos suministros continuados (electricidad. gas. La mejor o peor obtención de resultados dependerá de la pericia del técnico y de los medios de que disponga. El problema de la dilatación es que se desea que los ejes estén perfectamente alineados cuando la máquina está en marcha (situación en caliente). en la mayoría de casos. todas las conducciones estén conectadas y en orden de utilización. la medición debe realizarse con la máxima celeridad para evitar el error introducido por el enfriamiento. es muy recomendable que antes de realizar el trabajo de alineación. tras la parada de la máquina. los conductos termi­ nan estando sujetos a la propia estructura de la máquina. El estado de los apoyos influye de forma directa e im­ portante sobre el procedimiento de alineación. pero se to­ man las medidas para establecer la alineación cuando la máquina está parada (situación en frío). con una simple operación matemática. aunque las válvulas de entrada estén cerradas. la utilización de dispositivos láser es muy recomendable. carcasa y elementos mecánicos) tan complejas que no es posible es­ timar.) para poder funcionar correctamente. En estos casos. Sin embargo. por tanto. Un posible remedio a este problema consiste en mantener la máquina funcionando en situación caliente estacionaria hasta justo antes de rea­ lizar la medida. Así. aire comprimido. Cimentación y apoyos. Estos métodos pueden ser utilizados en algunos casos como es­ timación o de forma orientativa. en un cambio de la posición del mismo. las dila­ taciones diferenciales producen deformaciones tridimensionales de la máquina (bancada. Por esto. Algunos autores que han tratado el tema de alineación proponen sencillos méto­ dos de cálculo para estimar los desplazamientos del eje provocados por la dila­ tación térmica. etc. Instalaciones. Para ello. En algunos casos. En este sentido hay que tener en cuenta diferentes consideraciones antes de realizar el procedimiento de alinea­ ción: . formando una red de instalaciones sobre ella. Estos suministros se realizan por conductos que provienen de fuera de la máquina y llegan a adentrarse en ella. Asumiendo que la deformación es peque­ ña (la figura muestra una deformación exagerada válida para esta explicación) . es necesario inspeccionar los pernos de amarre. La estructura se fija a uno de los ejes de la má­ quina y el comparador se puede apoyar en el plato del acoplamiento que está montado sobre el mismo eje. pueden ser del mismo orden de magnitud que la medida que se desea realizar. se debe asegurar el buen estado de pernos de nivelación y bases de apoyo de las máquinas (que pueden ser metálicas. Por este motivo es importante tenerlas en cuenta. El procedimiento de verificación de pata coja se describe más adelante dentro del procedimiento de alinea­ ción. se ha de realizar una comprobación de la solidez del asenta­ miento.54a). éstos relojes se suelen montar sobre estructuras para medir sobre el eje o acoplamiento de una parte de la má­ quina estando referenciados en el eje de la otra parte de la máquina. por tanto. la medida c del comparador entre la posición vertical positiva (medida VP) y la medida vertical negativa (medida VN) sería nula.). • Si existen. Una pata falsa de presenta cuando no todas las patas de la má­ quina contactan con sus respectivos asientos. • Finalmente. Cuando se utilizan relojes comparadores para medir la desalineación. Asimismo.• Se ha de inspeccionar la cimentación sobre la que se asienta la máquina. el apriete de los pernos de amarre obliga a la estructura de la máquina a de­ formarse para permitir el asiento de todas las patas. etc. Esta deformación es muy negativa para el funcionamiento de la máquina en general y para el procedimiento de alineación en particular. debe repararse antes de ejecutar el procedimiento de alineación. la deformación siempre es hacia abajo. También se han de inspeccionar calces si existen. de neopreno. sustituyéndolos si estuviesen en mal estado.54. La deformación por gravedad sólo afecta a las medidas del plano vertical.54b). que es conocida habitualmente como verificación de pata falsa o pata coja. asegurando su buen estado y un funcionamiento adecuado. ya que pueden suponer un error importante que lleve a una conclusión errónea sobre el estado de alineación de la máquina. por lo que existe una diferencia entre la medida de las dos posicio­ nes verticales (arriba VP y abajo VN). al actuar el comparador (figura 6. se realiza un montaje como el que se muestra en la figura 6. Cuando existe una pata falsa. eliminado óxido y suciedad si los hubiera. Se monta el comparador sobre una estructura lo más parecida posible (en forma y dimensiones) a la que posteriormente se utili­ zará para medir la alineación. Deformación de los soportes de los relojes comparadores. Para estimar la deformación de los soportes. Estos so­ portes sufren deformaciones que. Sin embargo. no habría deformación y. aunque pequeñas. Si no actuara la gravedad (figura 6. Si se detectan desperfectos o poca solidez. estos comparadores no se ven afectados de forma sensible a la acción de la gravedad sobre los soportes. Estimación del error introducido por la deformación de los soportes de los comparadores Algunos métodos de alineación utilizan comparadores dispuestos en dirección axial.54. por lo que el efecto de la misma sobre la medida puede despreciarse. habrá que obtener el error de deformación del so­ porte asociado a cada uno de ellos. En general. Si en el método de alineación existen dos comparadores radiales con soportes estructuralmente diferentes. mientras que la medida vertical negativa de la desalineación tendrá que ser incrementada sumando el error de deformación. el error cometido en cada medida vertical es igual a la mitad de la de­ formación c medida entre las dos posiciones verticales.22] Figura 6. Si el comparador es radial. el error de de­ formación (£d) es: [6 . si además se considera que la deformación es simétrica.el ángulo a será despreciable y. Utilizando el subíndice e para las medidas de la desalineación originales que . Posteriormente la medida de la desalinea­ ción tendrá que ser corregida con el error de deformación. Es decir. la medida vertical positiva de la desalineación tendrá que ser disminuida restando el error de deformación. . En este apartado se va a exponer paso a paso el procedi­ miento de alineación utilizando comparadores. La explicación está basada en la utilización de un informe para trabajos de alineación de 6 páginas (figura 6. Lógicamente.3. cepillo metálico y lija para limpieza de óxidos y rebabas. es posible que sea necesario tener en cuenta nuevos factores. Las consideraciones anteriormente expuestas suponen solamente un resumen de las más importantes de entre un gran número de consideraciones posibles. Los dispositivos láser son más precisos y la unidad de cálculo asociada a ellos realiza diversas comprobaciones que ahorran tiempo y que no exi­ gen tantas precauciones. P R O C E D IM IE N T O D E A L IN E A C IÓ N Es fundamental para lograr una alineación óptima que el procedimiento sea eje­ cutado correctamente.23] Una vez que se han corregido las medidas. En general. calces para maquinaria. calibres. el procedimiento es distinto según se vaya a utilizar comparadores o dispositivos láser para medir la desalinea­ ción de los ejes.55) que debe ser rellenado por el técnico de alineación conforme realiza el trabajo. las medidas verticales de la desalineación corregidas se determinan: VP = V P . se puede continuar con el cálculo de desplazamientos necesarios para la alineación. Antes de comenzar el trabajo de alineación conviene hacer una revisión para asegurar que se cuenta con todo el material necesario: galgas de espesor calibrado. que requiere amplios conocimientos. evaluar los condicionantes que permiten lograr una alineación óptima es un procedimiento complejo. herramientas variadas y espe­ cialmente para aflojar tuercas y pernos. como de procedi­ mientos de alineación. cinta adhesiva de tela resistente. regla. tanto de las máquinas que se pretenden alinear.5). Depen­ diendo del tipo de máquina y su funcionamiento.e D VN = VNe +sD [6. por ser más completo y contemplar todas las precauciones que son necesarias para lograr precisión. calculadora y material de escritura. etc.contienen error por deformación de soportes (medidas antes de ser corregidas). comparadores con sus respec­ tivos soportes. contemplando todas las consideraciones que se han expuesto anteriormente (véase el apartado 6. elementos para desplazar la máquina (gatos hidráulicos o similares).6 . cinta métrica. 6 3 . Además se ha de reflexionar sobre la rigidez de estos apoyos en los senti­ dos axial y radial. Se ha de comprobar el estado de la cimentación. de las patas de la máquina y. Verificación del estado de la máquina y condiciones para la alineación. resulta interesante . la fecha y hora de comienzo y el método de alineación que se va a emplear (radial-axial o comparadores alternados). Paso 3. También se incluye la velocidad de giro habitual de los ejes y se ha de decidir cual de las dos partes a ambos lados del acoplamiento actuará como parte fija y cual actua­ rá como parte móvil según las consideraciones detalladas en el apartado ante­ rior. ya que la falta de rigidez en estos sentidos puede afectar notablemente a la medida de los comparadores. • Acoplamiento. Se identifica y anota el tipo de apoyos de cada uno de los ejes que intervienen en la alineación. asegurando que el apoyo o anclaje de la máquina al suelo sea firme. axial y torsional. Especificación de datos de la operación. Paso 1. • Estructura de la máquina. de modo que ésta sea suficiente­ mente elevada para que las deformaciones sean despreciables para la ali­ neación de los ejes. Se debe comprobar que la estructura no tiene da­ ños ni deterioros que afecten a su rigidez. como son su nombre y la estación (o grupo) de máquinas a la que pertenece. se puede comenzar a ejecutar el procedimiento de alineación. de los pernos de amarre. • Tipos de apoyos (en el eje fijo y en el eie móvil). Paso 2. en su caso. Obtención de datos de la máquina. identificando su tipo y estimando su grado de rigidez en los sentidos radial. tal como se explicó en el apartado anterior (véase el apartado 6. En este apartado se detallan todos los datos identificativos de la máquina. Además.Una vez asegurado el material imprescindible.5). En este apartado se detallan los datos del técnico que realiza el procedimiento de alineación. Si en algún aspecto el estado de la má­ quina no es adecuado.3. En esta etapa se examina la máquina y su entorno con el fin de asegurar que las condiciones son suficientes para que el trabajo de alineación sea posible (según se ha explicado en el apartado anterior). Los puntos que se han de verificar se han agrupado en 8 categorías: • Cimentación y apoyos. se recomienda posponer el trabajo de alineación hasta que la insuficiencia haya sido subsanada. el cual cuenta con 10 pasos que se describen a conti­ nuación. Se debe realizar un examen minucioso del acoplamiento. Tal como se explicó anteriormente. La existencia de holguras y juegos en los ejes puede comprometer la medición de la desalineación. Paso 5. la .• • • • anotar si el acoplamiento permite la alineación de los ejes sin tener que desmontarlo. De las distintas dimensiones. Según se expuso en el apartado anterior. se ha de realizar una comprobación (utilizando relojes com­ paradores) para conocer si existe algún defecto geométrico que pueda afec­ tar al proceso de alineación. debido a las fuerzas de operación de la máquina. aunque pequeñas. en caso de detectar holguras se debe proceder a su eliminación antes de continuar con el procedimiento de alineación. tanto en el lado de la parte fija como en el lado de la parte móvil. Efecto de la temperatura. Es muy probable que el valor de G no se conozca hasta que se hayan montado los comparadores. dichas instalaciones deberán estar conectadas y en situación de ser­ vicio de forma que al ejecutar el procedimiento de alineación la situación sea lo más parecida posible a la situación de funcionamiento de la máqui­ na. puedan afectar a la alineación. Comprobación y corrección de patas falsas. Se dice que existe una situación de pata falsa (o pata coja) cuando el peso de la máquina no es soportado por todos sus apoyos. por lo que su anotación puede pospo­ nerse hasta dicho momento. Obtención de dimensiones de la máquina. la existencia de 4 o más patas puede su­ poner que todas las patas no están en contacto con la cimentación. Por ello. el peso de la máquina no se reparte entre todas las patas. Holgura en los ejes (juegos). Si esto ocu­ rre. G solamente es útil cuando se utiliza el método radial-axial para medir la desalineación y calcular los desplazamientos. Esta comprobación se ha de realizar en los ejes y platos del acoplamiento. Dado que un plano viene defini­ do de forma inequívoca por 3 puntos. En caso de existir. Por ello se ha de realizar una comprobación que aclare si hay grandes cambios de tempera­ tura entre la situación de máquina en frío y máquina en caliente. En esta etapa se toman las medidas de la máquina y se anotan de acuerdo con el esquema de la figura 6. Instalaciones. Defecto geométrico en ejes v platos del acoplamiento. el efecto de la temperatura puede invalidar el trabajo de alineación.55. Paso 4. También se ha de considerar si es posible realizar la medición de la desalineación en caliente para evitar los efectos nocivos de la dilatación. Se ha de verificar la existencia de instalaciones conectadas a la máquina y si éstas pueden influir en deformaciones de la estructura de la máquina que. Esto implica que durante el funcionamiento. . • Repetir el paso anterior con el resto de apoyos. Cualquier apoyo que no descanse sólidamente sobre el suelo es una pata coja. Antes de comenzar con la verificación de patas falsas. La ausencia de verificación de pata falsa antes de la alineación es la causa fun­ damental de frustración y pérdida de tiempo durante el procedimiento de alinea­ ción. Tras esto se puede iniciar la verificación. Tomar nota del calce añadido a cada pata. haciendo pasar gal­ gas de calibración hasta obtener la de mayor grosor que pasa por la holgu­ ra). las fijacio­ nes del resto de apoyos deben estar firmemente apretadas. Si la elevación es superior a 50 |im. Cepillar la base en caso de que sea necesario. las lecturas serán diferentes ca­ da vez que las tuercas de las patas son apretadas. ya que algunas instalaciones suponen cargas para la estructura de la máquina. si no se realiza adecuadamente. la base de la máquina y los puntos de apoyo están limpios de suciedad. El procedimiento de verificación de pata falsa de una máquina que está amarrada a la cimentación (caso más crítico) consta de los siguientes pasos: • Comprobar que el suelo. Por este motivo. En efecto.estructura de la máquina puede deformarse provocando movimientos no desea­ dos que desalinean los ejes. Téngase en cuenta que cuando se está realizando el proceso con un apoyo. tras soltar la fijación. calzar el apoyo con un espesor igual a la elevación que ha sufrido el apoyo. Esto quiere decir que todas las instalaciones de la máquina están conectadas (esto es especialmente importante si se acaba de instalar la máquina). • Liberar la fijación de un apoyo (sólo uno) y medir su movimiento vertical (esto puede ser realizado con un reloj comparador apoyado y puesto a cero antes de liberar la fijación o bien. si existen patas falsas es necesario calzar la máquina de forma que su peso se reparta entre todas las patas. • Pretensar todos los pernos de las patas apretando todas las tuercas de forma que la máquina quede firmemente unida al suelo (en condiciones similares a las de funcionamiento). óxido y posibles rebabas. • Soltar todos los elementos de fijación que aseguran la máquina al suelo. aflojadas y apretadas de nuevo en cada desplazamiento de la máquina. Pretensar el apoyo y repetir este paso desde el principio hasta que la elevación durante la liberación de la fijación sea menor que 50 fim. • Calzar la pata falsa (con calces para maquinaria) hasta que no sea posible hacer pasar una galga de espesor mayor que 50 (im bajo ella. uno por uno. hay que asegurarse de que la máquina está en condiciones similares a las de funcionamiento. • Intentar hacer pasar galgas de calibración bajo cada uno de los apoyos. Paso 6. finalmente.55. Las medidas verticales deben corregirse con el error de deformación de soportes obtenido en la etapa 6 de este procedimiento. Después se obtiene la diferencia y. Si la regla de la cruz no se cumple (lo cual puede ser por varias causas según se explicó en el apartado 6.3. La medida de la deformación se realiza de acuerdo con lo que se explicó en el apartado anterior (véase el apartado 6. no se puede continuar con la alineación ya que la medida es incorrecta. Se debe estimar la deformación que puede existir en los soportes de los compa­ radores. Paso 7. anotando el resultado obtenido. una vertical positiva y otra vertical negativa) y se anotan. al finalizar se contará con la máquina firmemente apoyada en todas sus patas.5). se obtiene la medida de cada comparador por diferencia entre la medida . Se debe com­ probar la causa de esta medición errónea y corregirla.3). Con cualquiera de los dos métodos.4. Estimación de deformación en soportes de comparadores. según el cual se toman dos medidas en el plano vertical (una en la parte positiva o supe­ rior y otra en la parte negativa o inferior) por cada comparador radial. Entonces se debe anotar en el informe (figura 6. Medida de la desalineación. Esta regla establece que la suma (con signo) de las medidas horizontales ha de ser igual a la suma (también con signo) de las medidas verticales en cada comparador.3.55) para luego tenerla en cuenta tras la medición de la desalineación. se toman 4 medidas con cada comparador (una horizontal positiva. Si se ha realizado el procedimiento correctamente. Esta deformación solamente afecta a la medida en comparadores radia­ les y en el plano vertical. Una vez que se ha superado (al menos con una buena aproximación) la regla de la cruz. Empleando comparadores se puede optar por utilizar el método radial-axial o el de los comparadores alternados. el error de deformación (ed) es incluido en la medida vertical de cada comparador. En esta etapa se mide la desalineación. Toda esta información se anota en el informe (figura 6. ambos contemplados en el informe de la figura 6. Esta tarea de calzado debe realizarse con cuidado para no incurrir en la creación de una nueva pata coja cuando se está intentando eliminar una ya existente. el procedimiento anterior terminaría al calzar los apoyos que no descansan sólidamente sobre el suelo. una horizontal negativa. Posteriormente (tras la corrección del error de deformación) se realiza la com­ probación de la regla de la cruz.Si la máquina no estuviera anclada (atornillada) al suelo.55) el calce que se ha añadido (valor positivo) o restado (valor negativo) en cada pata. sino simplemente apo­ yada. en el método de los compa­ radores alternados. tal como se explicó al detallar cada uno de los métodos de alineación. resulta conveniente realizar primero un gráfico de la situación de des­ alineación. Después se utiliza un criterio de alineación para decidir si el estado de desalineación de la máquina es aceptable o no en cada plano de alineación. Si no se dispone de otro criterio o información. tanto en el plano horizontal como en el vertical.superior y la inferior. Para ello. es necesario indicar si el estado de alineación es excelente. es posible utilizar el criterio ge­ neral descrito en el apartado 6. Tras la representación gráfica se puede obtener del gráfico los desplazamientos necesarios en las patas de la parte móvil para lograr la alineación óptima. De acuerdo con el método empleado para el cálculo de desplazamientos de ali­ neación. Estos desplazamientos obtenidos se comparan con los que se han obtenido gráficamente y se verifica su similitud (pueden existir pequeñas diferencias debido a la menor precisión del método gráfico). esta etapa se ha de realizar una vez para cada plano. es el momento de desplazar la parte móvil. De forma similar. Si fuera aceptable. En el informe se ha inclui­ do una cuadrícula sin escala. Cálculo y ejecución de los desplazamientos de alineación. en cada plano de alineación se determinan los parámetros que la caracterizan: desalineación paralela DP y desalineación angular a . que permitirá establecer la escala más conveniente (tanto horizontal como vertical) para la representación gráfica. entonces se con­ tinuará para desplazar la parte móvil de la máquina y asegurar que el estado de desalineación está dentro de la tolerancia requerida por el criterio utilizado. se procede como se ha explicado en cada uno de los méto­ dos (resolución gráfica del problema de alineación). A continuación se calculan los desplazamientos analíticamente. Paso 9. Así. según el méto­ do de alineación empleado. Tras el criterio. Así en el método radial-axial se obtiene para el plano horizontal una medida radial (R H) y otra axial (XH). Tras la medida de la desalineación. para el plano horizontal se obtiene una medida del compara­ dor fijo (F h) y otra del comparador móvil (M h)\ y para el plano vertical una me­ dida del comparador fijo (F v) y otra del comparador móvil (Mr). Los desplazamientos de alineación de los apoyos cercano y lejano al acopla­ miento de la parte móvil de la máquina se han de calcular separadamente para el plano de alineación horizontal y para el plano de alineación vertical. Si no lo fuera.) y otra axial (X¡ j. Los desplazamientos se pueden llevar a cabo . Esto se realiza rellenando los rectángulos en blanco con las cifras adecuadas. por cada plano de alineación. aceptable o inaceptable.3. Comprobación del estado de alineación.2. Paso 8. Tras el cálculo. y para el plano vertical se obtiene una me­ dida radial (R¡. aquí acaba el procedimiento. la medida involucra un error debido a la inclinación. Comprobación del estado de alineación final.Cuando se ha de calzar una máquina. . En el procedimiento de alineación. Paso 10. . de lo contrario. Dentro de estas recomendaciones se incluyen las siguientes: La práctica común consiste en colocar.mediante un gato hidráulico. habrá que volver a comenzar desde el paso 7. Si no. . elevarla solo lo imprescindible para poder incluir el calce. se ha de comprobar el estado de alineación final tras los desplazamientos de la parte móvil. Para ello se vuelve a medir la desali­ neación igual que en la etapa 7 y posteriormente se comprueba el estado de des­ alineación en cada plano a partir de los valores de desalineación paralela y an­ gular. el procedimiento de alineación ha terminado. Así se evitan posibles movimientos no deseados y existe menor riesgo para las personas en la operación. de forma que los movimien­ tos de esta última durante la alineación sean movimientos de ascenso (pues. nivelar y asegurar la parte fija en la elevación requerida antes de ajustar la posición de la parte móvil para quedar alineada con la primera. Es recomendable colocar el eje central de la parte fi­ ja ligeramente por encima del de la parte móvil. de lo contrario. existen ciertas recomendaciones que si se contemplan. puede darse el caso de que resulte imposible descender más la parte móvil). Para finalizar el procedimiento. Para controlar el desplazamiento es recomendable utilizar relojes comparadores (uno midiendo el desplazamiento del apoyo cerca­ no y otro el desplazamiento del apoyo lejano).Cuando se utilizan relojes comparadores para la alineación. Si el estado está dentro de la tolerancia. es recomendable colocar el palpador siempre perpendicular a la superficie sobre la que apoya ya que. se asegura una ejecución más rápida y con mejores resultados. 55a. 1/6 Figura 6. Informe de trabajo de alineación (pág. 1) .PROCEDIMIENTO DE ALINEACIÓN CON COMPARADORES Pág. figura 6.55b. Informe de trabajo de alineación (pág. 2) figura 6.55c. Informe de trabajo de alineación (pág. 3) PROCEDIM IENTO DE ALINEACIÓN CON COM PARADORES Pá*. 4/6 figura 6.55d. Informe de trabajo de alineación (pág. 4) PROCEDIMIENTO DE ALINEACIÓN CON COMPARADORES Pág. 5/6 figura 6.55e. Informe de trabajo de alineación (pág. 5) jigu ra b.jDj. informe de trabajo de alineación (pag. ó) 7 - EQUILIBRADO DE MAQUINAS 7.1. INTRODUCCIÓN El desequilibrio es una de las fuentes más frecuentes de vibraciones mecánicas. Diariamente es posible encontrar el fenómeno del desequilibrio en máquinas rotati­ vas, subestimando muchas veces su efecto: ¿Por qué algunas máquinas son más ruidosas que otras? ¿Por qué a ciertos regímenes de funcionamiento la vibración de una máquina se incrementa notablemente? Así por ejemplo, aparecen vibraciones indeseadas en el caso de un rotor cuyo eje de giro no coincide con el eje central de inercia. Ello es debido a que se generan fuerzas de inercia por acción centrífuga que afectarán a los cojinetes o rodamientos de apoyo. Esto se puede ver claramente al considerar el volante de la figura 7.1, de masa m, que gira solidario con el eje a velocidad constante co. Por un error de me­ canizado, el centro de gravedad del volante se encuentra a distancia rG del eje de giro. Durante el giro, se genera una fuerza de inercia que será absorbida en los apoyos, de valor: Es decir, el eje rotor está sometido a un esfuerzo externo (la fuerza centrífuga) que aumenta en proporción al cuadrado de la velocidad de giro, y cuyas component es horizontal y vertical son funciones armónicas de frecuencia igual a la velocidad de giro, pero desfasadas 90°. Se dice que un rotor está desequilibrado cuando el eje de giro no coincide con el eje principal central de inercia. El desequilibrio puede provenir de errores de mec a nizado, del uso de tomillos o remaches de tamaños distintos, etc. En la práctica, es imposible fabricar un rotor perfectamente equilibrado, ya que hay que considerar as tolerancias de fabricación, la imperfecta homogeneidad del material, etc. Por ello, en la ejecución de la máquina aparecen desequilibrios que será necesario co- 256 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS rregir a posteriori. De hecho, la operación de equilibrado es una de las más habitua­ les en el mantenimiento de maquinaria. A medida que las máquinas se hacen más rápidas, el equilibrado debe ser más preciso, por el aumento de las fuerzas centrí­ fugas. En principio, las piezas que se deben equilibrar son todas las que giran: ven­ tiladores, turbinas, volantes, ejes, motores eléctricos, embragues, engranajes, etc. R eacciones dinám icas Figura 7.1. Fuerza de inercia desequilibrante sobre un volante En las siguientes secciones se presentarán las técnicas usuales utilizadas para el equilibrado de elementos rotativos. Sin embargo, es importante señalar que el des­ equilibrio no se produce únicamente en elementos rotativos. Así por ejemplo, los motores alternativos de tipo biela manivela son sistemas que introducen desequili­ brios por dos motivos: variaciones periódicas de la presión de los gases que actúa sobre el pistón, y fuerzas de inercia no equilibradas de las partes móviles. El efecto de los gases puede estudiarse con ayuda de la figura 7.2. La fuerza F producida por los gases actúa sobre el pistón. Dicha fuerza se equi­ libra con la de compresión de la biela (F/cos<)>) y la de la pared de la culata (F-tan(|)). La fuerza de la biela se transmite a la manivela provocando unas reaccio­ nes en el apoyo de la manivela (F y F-tan(j)), además de un par que será el que pro­ voque el giro de la manivela, de valor F-tanty-h. Por tanto, las fuerzas verticales transmitidas a la bancada finalmente se anulan entre ellas, mientras que las hori­ zontales provocan un par de giro desequilibrado, igual al valor del par motor. Este par desequilibrado es variable a lo largo del ciclo debido a la variación de F, < |>y h, y es periódico, induciendo una vibración sobre todo el conjunto del motor que debe la biela se puede sustituir por dos masas puntuales sobre los extremos. otro con movimiento rotativo (manivela). Efecto de la fu erza de los gases Por otra parte hay que tener en cuenta el efecto de las fuerzas de inercia de los elementos móviles. para el caso en cuestión. hay que distinguir únicamente dos tipos de fuerzas de inercia: las de las masas al­ ternativas (pistón y una fracción de la biela) y las de las masas rotativas (manivela y una fracción de la biela). Sin embargo. Motor alternativo.7. haciendo falta recurrir a complejos mecanismos de . de acuerdo a las técnicas que se exponen en las seccio­ nes siguientes. ya que no es posible equilibrarlo en el diseño del motor. y un tercero con movimien­ to de traslación y rotación (la biela). Las primeras se equilibran mediante la introducción de contrapesos en la manivela. Figura 7. de modo que.2. En principio. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 257 ser adecuadamente aislada en las sujeciones del mismo a la bancada. Mientras que las fuerzas de inercia debidas a las masas alternativas son más difíciles de equilibrar. se observa un elemento con movimiento alterna­ tivo (pistón). Disminuyen la calidad de la operación realizada por la máquina. aunque el método habitual consiste en agregar masa. si la exposición es pro­ longada y/o los niveles son elevados. suspensiones.258 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS engranaje. Las nuevas tendencias en mantenimiento. al menos en parte. Ade­ más generan niveles de ruido molestos. El desequilibrio supone unos esfuerzos sobre el sistema. la fuerza centrífuga aplicada en los apoyos del rotor no va a producir el deterioro acelerado de los mismos. pues los tomillos se pueden aflojar. pues. y. En el caso de los rotores. estas fuerzas con una adecuada disposición de los diferentes cilindros. que generan vibraciones. . puesto que la transmisión de vibra­ ción al ser humano puede causar malestar. En los motores policilíndricos es posible compensar. batería de secadores. . tren de laminación. unas buenas condicio­ nes de equilibrado durante su operación. como por ejemplo el acabado superficial en máquinas herramienta. co­ jinetes.Afectan la seguridad de la máquina.Asimismo repercuten sobre el usuario. mantenimiento basado en la fiabilidad (Reliability Based Maintenance o RBM) o mantenimiento productivo total ( Total Productive Maintenance o TPM). El límite aceptable para el desequilibrio residual permisible es una solución de compromiso entre el costo de la tarea de equilibrado y el riesgo que la vibración originada produce en las personas y sobre los compo­ nentes de la máquina. reduciendo la eficiencia del usua­ rio de la máquina o herramienta desequilibrada. De esta forma se garantiza en todo momento que. . para lo cual se requiere mantener los equi­ pos industriales con un bajo nivel de vibración y. En muchas plantas industriales tales como papeleras o laminadores de acero. incluyen en su filosofía la mejora continua y el aumento de la vida útil de los equipos. Dichas vibraciones son un fenómeno indeseable por diversas razones: Repercuten en el tiempo de vida útil de las máquinas. variables con el tiem­ po. el desequilibrio de algún elemento (rodillo) de la línea de producción (prensas rotativas. por ejemplo. La norma internacional ISO 1940 proporciona límites para el desequilibrio residual permisible. etc. puede ocasionar graves lesiones. el equilibrado es el procedimiento por el que se verifi­ ca la homogeneidad de la distribución de la masa del rotor sobre su eje de giro para proceder a la compensación de masa en caso de que la condición vibratoria inicial estuviese fuera de unos límites especificados. Este proceso de equilibrado de roto­ res puede realizarse agregando o quitando masa para compensar las fuerzas de inercia desequilibrantes. por tanto. carcasas y cimientos son sometidos a mayores esfuer­ zos y sufren un desgaste más rápido. . para las condiciones de velocidad de operación. las conexiones eléctricas pueden tener falsos contactos. Dependiendo de la relación entre la frecuencia natural del rotor y su velocidad de giro. los rotores se clasifican en rígidos y flexibles: si la velocidad de giro es superior o inferior en un 30% a su frecuencia natural. SISTEMAS RÍGIDOS Y FLEXIBLES Antes de presentar las técnicas de equilibrado. entonces. en el que el rotor se comporta como rígido.4). se producen oscilaciones grandes. Se dice entonces que el sistema ha entra­ do en la condición de resonancia. el des­ equilibrio del rotor introduce un esfuerzo de inercia de frecuencia igual a la de giro. Para ello hay que introducir el concepto de resonancia.3). que alejan todavía más la posición del centro de gravedad respecto del eje de giro. Si se separa un sistema de su posición de equilibrio. y posteriormente se libera (figura 7.) afecta sustancialmente a la calidad del producto final. por lo que el equilibra­ do de rotores es una práctica necesaria para la mejora continua de la calidad. el rotor se dice que es rígido: en caso contrario se dice que es flexible (figura 7. y los pesos de corrección . sin deformaciones excesivas.3). incremen­ tándose el efecto del desequilibrio. Si el rotor se hace girar a una velocidad próxima a su frecuencia natural. en el caso de un rotor flexible. Así. cercana a la natural. el sistema experimenta un aumento peligroso de las oscilaciones.7. dicho sistema empieza a vibrar a una frecuencia que se denomina frecuencia natural con (véase el apartado A.2. por lo que en su situación real de funcionamiento la deflexión del rotor cambiará respecto a la que manifestó en la máquina de equilibrado. La velocidad de equilibrado que disponen en los talleres está normalmente en un rango de valores que se encuentra en el primer tramo de la figura. es necesario distinguir entre sis­ temas rígidos y flexibles. de frecuencia próxima a la frecuencia natural. 7. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 259 etc. y por tanto. Por ello. Si se somete dicho sistema a un esfuerzo exter­ no variable. un equi­ librado realizado a la velocidad de giro de la máquina equilibradora de un taller especializado puede no ser válido cuando ese rotor vaya a operar a su velocidad nominal en la máquina. sin embargo. En los sistemas giratorios con desequilibrio estático.3. la posición de equilibrio estable del sistema es única. En este caso el sistema no tiene una posición de equilibrio predominante (figura 7.5b). ROTORES RÍGIDOS. las técnicas de equilibrado de rotores rígidos y de rotores flexibles se presentarán en este tema de forma separada. De ahí el adjetivo estático. El desequilibrio estático. TIPOS DE DESEQUILIBRIO 7.260 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS no resolverán el desequilibrio.1. Por todo ello.4. de rotación Figura 7.3. Rango de velocidades de giro que distingue entre comportamiento rígido y flexible para un rotor 7. se puede detectar sin necesidad de que el rotor esté en rotación. En las piezas giratorias esto ocurre cuando el centro de gravedad coin­ cide con el eje de giro. con G hacia abajo por el efecto de la gravedad (figura 7.5a). por tanto. D E S E Q U IL IB R IO E S T Á T IC O Se dice que una máquina presenta equilibrio estático cuando el centro de grave­ dad (G) de todos los elementos móviles permanece en una posición fija con rela­ ción a la bancada de la máquina independientemente de las posiciones de dichos elementos. . Si se considera que el giro se produce a velocidad angular cons­ tante co. Esta fuerza de inercia provoca una deformación cíclica sobre el eje que aleja el rotor del eje de giro. Rotor con equilibrio estático (a) y rotor con desequilibrio estático (b) Como ya se ha estudiado anteriormente (véase el apartado 7. se generan vibraciones (figura 7.6.5.7. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 261 (a) (b) Figura 7.6).3] donde a la magnitud U se le denomina desequilibrio. cuando se hace girar la pieza con desequilibrio estático aparece una fuerza de inercia que gira a la velocidad del eje.1). Vibraciones inducidas durante el giro de un rotor con desequilibrio estático .= m -co2 rG = U . esta fuerza de inercia vale: F. Figura 7.a 2 [7. es decir. donde las fuerzas de inercia tienen resultante nula.262 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS La fuerza de inercia durante el giro es absorbida por los apoyos. 7. al contrario que el estático sólo se puede detectar cuando el rotor está en movimiento. Figura 7.7.3. D E S E Q U IL IB R IO D IN Á M IC O Se dice que una máquina presenta equilibrio dinámico cuando las fuerzas de inercia debidas a los elementos móviles son nulas y los momentos de las mismas también.F i = 0 [7. como en la figura 7. donde se observará un pico en el es­ pectro de frecuencias especialmente elevado a una frecuencia coincidente con la del régimen de giro. de forma que el problema de desequilibrio será fácil de detectar mediante la medida de vibraciones en dirección radial sobre los apoyos del eje. De ahí el adjetivo dinámico.2. 7.4] Este tipo de desequilibrio. Rotor con desequilibrio dinámico . pero dan lugar a un par de fuerzas: ' Z F = Fi . A veces puede existir equilibrio estático (G en el eje) pero no dinámico. 9). A diferencia del desequilibrio estático. donde se obser­ vará un pico en el espectro de frecuencias especialmente elevado a una frecuencia coincidente con la del régimen de giro. Vibraciones inducidas en un sistema con desequilibrio dinámico El caso más general de desequilibrio es aquél en el que se dan simultáneamente el desequilibrio estático y el desequilibrio dinámico (figura 7. las fases de las vibraciones radiales medidas en los apoyos no coincidirán ni serán opuestas. dinámico (b) y general (c) .7.8).9. las vibraciones en ambos apoyos estarán desfasadas un ángulo aproximado de 180°. Desequilibrio estático (a). El rotor transmitirá la vibración a través de sus soportes a la máquina que lo soporta.8. En este caso. SFb «0 12 ZFü +0 W (F n )^ 0 (a) (b) (c) 12 Figura 7. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 263 Cuando se presenta desequilibrio dinámico se generan también vibraciones en el sistema debido a las deformaciones que se inducen por el par de inercia desequi­ librado (figura 7. Nuevamente se podrá detectar este problema mediante la medida de vibraciones en dirección radial sobre los apoyos del eje. Figura 7. añadiendo o eliminando una masa a la pieza giratoria en el plano del desequilibrio.10). Dado que el desequilibrio genera vibraciones. El sensor de vibra­ ción toma una medida de la amplitud de la vibración existente y la fase proporciona su posición angular respecto a una referencia fija al rotor. sino que se limitarán para que estén dentro de unos valores permisibles. La vibración resultante tiene una frecuencia igual a la de giro del eje afectado por el desequilibrio. 7.264 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS 7. en primer lugar. EQUILIBRADO DE ROTORES RÍGIDOS La operación de equilibrado implica el cambio de la distribución de masa del rotor para prevenir la aparición de las fuerzas centrífugas desequilibrantes. En general. Los métodos que se pre­ sentan a continuación utilizan este tipo de medidas. Por ello. Esto se realiza.4. tanto mayor cuanto mayor sea la magnitud del mismo. pero en dirección opuesta al desequilibrio original. por lo general. La variación de masa introducida deberá producir el mismo desequilibrio U. Para ello suele emplearse un analizador portátil de vibraciones y un acelerómetro. como se ha visto. giran con la ve­ locidad angular de giro del rotor durante su rotación). la operación de equilibrado se puede realizar empleando la medida de estas vibraciones. y con ellas las fuerzas de reacción en los apoyos (que. la obtención de la magnitud y posición del desequilibrio. el equilibrado estático consiste en hacer coincidir el centro de gravedad del rotor con el eje de giro. DIAGNÓSTICO DE DESEQUILIBRIOS El desequilibrio de algún rotor de la máquina se manifiesta por un incremento importante de la vibración.3). Estas fuerzas no se pueden eliminar por completo.5. la medida de vibraciones se rea­ liza fijando el sensor en uno o dos apoyos del eje (figura 7. requiere al menos 2 planos para su tratamiento. El equilibrado dinámico.4. además de un tacómetro ópti­ co para obtener una referencia de fase o posición angular (más detalles sobre la instrumentación en el apartado 8. el equilibrado estático es conocido también como equilibrado en un único plano. . En primer lugar.1.3. El diagnóstico preciso del desequilibrio y diferenciado de otros problemas de la máquina puede realizarse con la ayuda de medidas de vibración cercanas a los apo­ yos de los ejes. Una descripción detallada se puede ver en el apartado 8. La corrección requiere. sin embargo. hay que pregun­ tarse por cuál debe ser el plano en el que se debe realizar la corrección. En tal caso. Para escoger el plano de equilibrado se tiene que evaluar la configuración del rotor. y la accesibilidad de los planos. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 265 7. la forma de la deformada del modo de vibración. que se presentan a continua­ ción. Los dos métodos de equilibrado estático más comunes son el método de los co­ eficientes de influencia y el método de las 4 carreras.5. pero tam­ bién puede aplicarse en rotores gruesos si se puede asegurar que el desequilibrio se da mayormente en un plano del rotor. Una erró­ nea selección del plano hará que el problema de desequilibrio no se resuelva. además de preguntarse por el peso de corrección y la posición angular en que debe ser situado. E Q U IL IB R A D O E N U N P L A N O O E Q U IL IB R A D O E S T Á T IC O El desequilibrio estático suele darse en elementos rotores delgados. .1.7. se puede obtener el vector de sensibilidad: s= B-A W [7. La me­ dida de vibración de referencia se puede expresar como un vector A que gira a la velocidad del rotor (los vectores deben considerarse aquí como números complejos).6] - Considerando las ecuaciones 7. y que también se puede ex­ presar como un vector U. Llamando coeficiente de influencia o sensibilidad al vector desconocido que permite relacionar el desequilibrio con la medida de vibración resultante en el apoyo considerado. pero con un cierto desfase. Se realiza una medida de vibración de referencia con el rotor funcionando en condiciones normales.1. Esta medida será una señal con frecuencia fundamen­ tal coincidente con la velocidad de giro registrada por el tacómetro.5] - - donde el producto de dos vectores en forma compleja (s y U) es otro vector expresado en forma compleja (A). Para determinar el vector de sensibilidad se realiza una segunda medida de vibración colocando un peso de prueba en una posición angular conocida del rotor.10). La nueva medida del transductor será una señal con amplitud y fase distintas que será representada por un nuevo vector B.7] . Se coloca un transductor en un apoyo cercano al rotor para captar la vibra­ ción inducida por el desequilibrio. preferiblemente de forma que la medida del transductor cambie sus­ tancialmente. Si el sistema es lineal se cum­ plirá que esta nueva medida debe estar relacionada a través de la sensibilidad con el desequilibrio total existente: [7.5 y 7. E Q U IL IB R A D O E N U N PLANO . M É T O D O D E L O S C O E F IC IE N T E S D E IN F LU E N C IA El procedimiento a seguir es el siguiente: Se coloca una marca reflectante sobre el rotor.1.6.5. que dependerá de la posición del centro de gravedad del rotor y de la posición relativa entre el sensor y la marca reflectante. Esta medida está evidentemente relacionada con el desequilibrio existente.266 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS 7. El peso de prueba introduce un desequilibrio conocido W. de magnitud y posición angular desconocidos. se tiene: A =s-U [7. para medir con un tacómetro óptico su posición angular (figura 7. Trazar un círculo desde el punto O (origen del gráfico polar) y con un radio a escala proporcional a la amplitud obtenida sin el peso de prueba (radio Rq). a la velocidad de giro del rotor. Finalmente. c) Marcar tres posiciones angulares en el rotor equidistantes 120°. 7. e ) Se repite el paso d). EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 267 - Y una vez conocida la sensibilidad se puede obtener el desequilibrio inicial: 5 - Y por tanto la masa a añadir o eliminar para equilibrar el sistema debe crear un desequilibrio igual y de sentido contrario.5. E Q U IL IB R A D O E N U N PLANO . Marcar los puntos en la periferia del círculo coincidiendo con la situación angular de las marcas de colocación de pesos en el rotor. . El procedimiento a seguir es el siguien­ te: a) Determinar que se trata de un problema de desequilibrio. usando el mismo peso en todos los casos (carreras 3 y 4).7. b ) Medir la amplitud inicial de vibración correspondiente a la velocidad de giro del rotor (carrera 1). En caso de necesitar mayor mejora se puede refínar el equili­ brado volviendo a repetir el procedimiento. M É T O D O D E L A S 4 C A R R E R A S Este método se utiliza en aquellos casos en los que no es posible obtener lectu­ ras de la fase vibratoria del rotor. Para el cálculo gráfico de la posición y magnitud del peso de compensación se debe seguir el siguiente procedimiento (figura 7. se debe verificar la bondad del equilibrado midiendo la amplitud de la vibración resultante tras la colocación de los pesos. con el peso de prueba en la posición marcada 2 y en la posición 3. d) Se coloca un peso de prueba en una de las posiciones marcadas y se mide la amplitud de la vibración resultante a la velocidad de giro del rotor (carrera 2 ).1.2.Tomat \as medidas de amp\\tud cow y sm e\ peso de prueba (peso P p).11): . bastando con tener medidas de la amplitud co­ rrespondiente a cada una de las 4 carreras. f ) Calcular el peso de compensación y su posición angular. Repetir el paso anterior con los pesos de prueba en el punto 2 y luego en el 3. Resolución gráfica del método de las 4 carreras .11. Si las medidas de amplitud se han tomado con precisión. La dirección del vector trazado desde el centro del gráfico polar al punto de intersección de los tres arcos de­ fine el ángulo de colocación del peso de compensación. correspondientes a las carreras 3 y 4 (radios R2 y Rj. a la misma escala (radio R\). los tres arcos traza­ dos deberán coincidir en un único punto.268 - MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Trazar un arco con centro en la posición 1 y radio equivalente a la amplitud medida en la carrera 2.). A partir del módulo de este vector (7) se obtiene la magnitud del peso de compensación (peso Pe): Figura 7. a través de unos coeficientes de in­ fluencia o de sensibilidad s. El peso de prueba introduce en dicho plano un desequilibrio conocido W¡. Se puede demostrar que todo desequilibrio dinámico es equivalente a unos desequilibrios U¡ y Uk en cualquier par de planos que se elijan. es necesario recurrir a dos o más planos para el equilibrado. preferiblemente de forma que la medi­ da del transductor cambie sustancialmente.2. El procedimiento a seguir es similar al presenta­ do para el caso de equilibrado en un único plano: Se coloca una marca reflectante sobre el rotor. Estas medidas deben estar relacionadas con los desequilibrios U\ y U2 equi­ valentes sobre los planos de equilibrado. Se trata de introducir un par de masas que produzcan un sistema de fuerzas (fuerza resultante y par de fuerzas) igual y contra­ rio al que genera el desequilibrio. Estas medidas (A\ y A 2) serán señales con frecuencia fundamental coincidente con la velocidad de giro medida con el tacómetro. pero con un cierto desfase. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 269 7. Las nuevas medidas de los trans­ ductores (2?n y B i2) deben estar relacionadas a través de las sensibilidades con el desequilibrio total existente: •®n —5n ' + ^ 1 ) + 5i2 ’ ^ 2 [7./. y se coloca otro peso de prueba sobre el segundo plano de equi- . En la mayoría de los casos este equilibrado se rea­ liza utilizando únicamente dos planos. - - A-) —i$2] * - S“ ) ~ >‘ 2 Para determinar los vectores de sensibilidad se realiza una segunda medida de vibración colocando un peso de prueba en una posición angular conocida sobre el primer plano de equilibrado. Llamaremos U\ y Ui a estos desequilibrios equivalentes en los planos que utilizaremos para realizar el equilibrado.11] - Seguidamente se retira el peso de prueba colocado sobre primer plano de equilibrado.7.5. para medir con un tacómetro óptico su posición angular. Se colocan un transductor en cada uno de los dos apoyos cercanos al rotor para captar la vibración inducida por el desequilibrio. Se realiza una medida de vibración de referencia en cada apoyo con el rotor funcionando en condiciones normales. E Q U IL IB R A D O E N D O S P L A N O S Cuando el desequilibrio no es puramente estático. se pueden ob­ tener las cuatro sensibilidades incógnita: ^ =4 + ^ -^ => w... + S -Y -..12] ^22 “ ‘ ^21 - ^22 *( ^ -' 2 ^2 ) Sustituyendo las relaciones 7..7 = — PF2 B-n = A-.. Las nuevas medidas de los transductores (B 21 y B22) estarán también relacionadas a través de las sensibilidades con el desequilibrio total existente: B\ 2 . ....270 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS librado.. se deberá verificar la bondad del equilibrado midiendo la ampli­ tud de la vibración resultante tras la colocación de los pesos. sin más que ampliar el número de masas de prueba y el número de ecuaciones.10 en las relaciones 7.— A2 W... En caso de necesitar mayor mejora se puede refinar el equi­ librado volviendo a repetir el procedimiento. 2 •A2 - S 22 •A¡ 521 '^12 —5U ’522 — i ~ A2 — 5 2 1 ' 21 12 J 11 ^ Ay 22 - Y por tanto las masas a añadir para equilibrar el sistema deben crear desequilibrios iguales y de sentido contrario. generando un desequilibrio conocido W2 sobre dicho plano.. El método de los coeficientes de influencia descrito es fácilmente extensible a L a utilización de n planos de equilibrado. [7.. Finalmente. a la velocidad de giro del rotor.. ■ s-..11 y 7.. ■ W7 => .. B2\ .. “ Y una vez conocidas las sensibilidades se pueden obtener los desequilibrios iniciales en cada plano: — _ 5 . s 2.13] Bu = A ¡ + 5 I2 ■ W2 7“ _ B\2 ~ A¡ ^12 — --w.511 'U\ + 5j2 •{u2 + W2) [7...A 2 + 5 2 1 •W¡ => = .12. 3. funcionando en condi­ ciones normales.15] s. 8 . idénticos pero a 180° el uno del otro. y con él el desequilibrio estático que hay que compensar: J . El desequilibrio estático se corri­ ge utilizando el equilibrado estático en un único plano. uno sobre cada plano de equili­ brado y desfasados 180°. y se obtiene el vector de sensibi­ lidad correspondiente.A .7.A x s1 = — W. tras colocar en el plano seleccionado para el equilibrado estático un peso de prueba que introduce un desequilibrio W\. se procede de forma similar para com­ pensar el equilibrio dinámico. Se realiza una segunda medida de vibración (5 j) sobre el mismo apoyo... y con él el desequilibrio que hay que compensar sobre el plano de corrección 2: . con el rotor funcionando en condiciones nor­ males. Seguidamente se introducen dos pesos de prueba sobre el rotor. — => - - A. colocando pesos de correc­ ción cerca del centro de gravedad del rotor. por ejemplo. El desequilibrio dinámico remanente se corrige colocando dos pesos de corrección iguales. en los dos planos escogidos para el equilibrado dinámico. E Q U IL IB R A D O E S T A T IC O -D IN A M IC O El equilibrado estático-dinámico es un método sencillo en el que se trata sepa­ radamente el desequilibrio estático del dinámico. Se obtiene el vector de sensibilidad. Se considerará. Se mide la vibración sobre el apoyo 2 (B 2). - - Una vez corregido este desequilibrio. Este procedimiento se detalla a continuación: Para el equilibrado estático se realiza una medida de vibración de referencia (A\) sobre uno de los apoyos. de forma que no afecten al equilibrado estático realizado. = Ar W[ _L [7. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 271 7. el desequilibrio introducido por el peso de prueba sobre el plano de corrección 2 (W 2). Este par desequilibrante es función del desequilibrio que cada peso de prueba genera sobre el plano en que se ha colocado. Este par de pesos de prueba introducen un par desequilibrante co­ nocido. Se toma en primer lugar una medida de refe­ rencia (A 2) sobre el otro apoyo del rotor (apoyo 2).5. Figura 7.272 - MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Y por tanto. En concreto. etc.c o 2 = Ke ■ x [7. EQUILIBRADO DE ROTORES FLEXIBLES Todos los rotores son flexibles en cierto grado. generadores. Esto se puede ver claramente si se expresa la deflexión elástica * frente a la velocidad de giro del eje: . Se entiende por rotor flexible a aquél en el que se generan deflexiones significativas que afectan de forma inesperada la respuesta vibratoria. compresores multietapa. 7. para el régimen de giro co„ (velocidad crítica del eje) se presenta una situación de fuerzas inestable. y sobre el plano de corrección 1 hay que colocar otra masa igual. Ejemplos de este tipo de rotores son las turbi­ nas de alta velocidad. o por­ que operan a elevadas velocidades. y pueden identificarse por la elevada relación entre su longitud y su diámetro. En la prácti­ ca. co la velocidad de rotación y Ke la rigidez del eje a flexión.17] donde m es la masa del rotor. La fuerza centrífuga del desequilibrio produce en el eje esbelto una deformación elástica x que viene dada por la ley de Hooke: m {rG + x ) .6. sobre el plano de corrección 2 hay que añadir una masa que equilibre el desequilibrio calculado. son aquellos que operan a velocidades cercanas a sus velocidades críticas. puesto que nada es perfectamen­ te rígido. La flexibilidad de un rotor varía gradualmente con la velocidad de giro. 12.12 y sin tener en cuenta el efecto de la deformación elástica debida al peso propio del rotor. una distribución no homogénea de la masa en rotación provoca un desequilibrio por acción de la fuerza centrífuga. Conside­ rando el rotor de la figura 7. Rotor flexible Las magnitudes y efectos de las fuerzas de desequilibrio y de restauración elás­ tica dependen de la velocidad de giro del eje. el desequilibrio produce durante el giro una deformación elástica y una fuerza restauradora que se opone a dicha deformación. Es decir. Este des­ equilibrio se traduce en un desplazamiento del centro de gravedad una distancia re respecto del centro geométrico de la sección. pero a 180°. cre­ ciendo exponencialmente cerca de las resonancias o velocidades críticas. un equilibrado realizado a la velocidad de giro de la máquina equilibradora de un taller especializado puede no ser válido cuando ese rotor vaya a operar a su velocidad nominal en la máquina.3). cuando un rotor gira a una velocidad cercana a una crítica adopta la forma de la deformada correspondiente al modo asociado con esa velocidad crítica.7. que es el que se presenta en esta sección. los modos amortiguados se pueden aproximar a los no amortiguados sin demasiado error. la vibración de un rotor es la resultante de la superposición de sus diferentes modos de vibración (véase el apartado A. reduciendo además las amplitudes de flexión para cada velocidad crítica. los modos de flexión son curvas planas rotando alrededor del eje de giro. Como en cualquier sistema vibrante. sin embargo. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 273 es la frecuencia natural del eje. En la respuesta de un rotor en la proximidad de una velocidad crítica predomina el modo asociado a dicha veloci­ dad. considerado como sistema de un grado de libertad. En la figura 7. La rigidez del rotor y de sus apoyos afecta significativamente a sus velocidades críticas y a la forma de los modos de vibración asociados. En la mayoría de casos. La conside­ ración del amortiguamiento hace que los modos puedan dejar de ser curvas planas. en el caso de un rotor flexible. de forma que la vibración en cada modo se debe a la co­ rrespondiente componente de desequilibrio.13 se muestra el efecto de la rigidez relativa de los soportes. . La distribución del desequilibrio sobre un rotor puede expresarse en términos de componentes modales. La reducción de las componentes modales de desequilibrio es la base del método de equilibrado modal de rotores flexibles. La amplitud de las deflexiones que se den en tales circunstancias está determinada por la componente modal del desequilibrio y por el amortiguamiento del sistema. Por ello. En dicha figura se aprecia cómo la primera frecuencia de resonancia de un rotor crece con la rigidez de sus soportes. Por ello. Para un rotor flexible sin amortiguamiento girando alrededor de cojinetes flexibles. y se vuelve a medir la amplitud de vibración (su suma es j ) . De acuerdo con la experiencia.20: •^— ^ < 0 . En primer lugar se coloca un peso de prueba en los planos extremos del rotor. 2 [7.274 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Modo de R ig id e z " \ vibración de los apoyos 1 2 _______ ^ 3 K= 0 V / Rigidez baja _____ ---------^ Rigidez elevada ^ \ - . Se mide la amplitud de vibración a lxRPM en ambos apoyos (su suma es x). lo más próximos posibles a los apoyos.^ K = 00 Figura 7. Efecto de la variación de la rigidez de los soportes en la fo rm a y frecuencia de los tres primeros modos de vibración de un eje Para evaluar si un rotor necesita ser equilibrado como rotor flexible se puede utilizar el siguiente ensayo.13. y en la misma posición angular.20] En caso contrario el rotor debe ser equilibrado utilizando una técnica específica para rotores flexibles. a la velocidad de servicio y con una rigidez de los so­ portes similar a la de los soportes reales del rotor. / . Existen distintos métodos de equilibrado de rotores flexibles. el rotor puede ser considerado rígido para su equilibrado si se cumple la relación 7. ---------. A continuación se desplazan los pesos hacia el centro del rotor. Los pesos introducidos no perturban el equilibrado previamente realizado. Se mide la amplitud de vibración en uno de los apoyos.6.14. El rotor se hace girar a una velocidad cercana a la primera frecuencia de resonancia.15.5). De esta manera los pesos introducidos no perturban el equilibra­ do rígido previamente realizado. Se toma la amplitud de vibración en uno de los apoyos. de acuerdo a la figura 7. m 4°■m/2 m/2 1 a b Figura 7. produ­ ciéndose deflexiones del eje importantes según el modo de flexión asociado a la primera velocidad crítica. El equilibra­ do se realiza colocando masas en cuatro planos. En este caso el rotor se hace girar a una velocidad cercana a la segunda frecuencia de reso­ nancia. hasta alcanzar la velocidad de régimen: á ) Equilibrado de baja velocidad. En este caso el equilibrado se realiza colocando masas en tres planos correspondientes a los dos apoyos extremos y al plano medio del eje (figura 7. diametralmente opuestos al primero. por lo que este primer paso se abor­ da con las técnicas presentadas anteriormente (véase el apartado 7.14).7. Distribución de pesos para ¡a corrección del prim er modo de flexión c) Equilibrado para el segundo modo de flexión (modo S). M É T O D O D E E Q U IL IB R A D O M O D A L El equilibrado modal de rotores flexibles consiste básicamente en una serie de operaciones de equilibrado individuales a velocidades del rotor sucesivamente más elevadas. donde se comporta como si fuese rígido. y otros dos pesos (masa mi2) en los planos extremos. En estas condiciones se mide nuevamente la amplitud de vibración en uno de .1. 7. cuyo procedimiento se pre­ senta a continuación. El rotor se hace girar a baja velocidad. En estas condiciones se mide nuevamente la amplitud de vibración en uno de los apoyos y se utiliza el procedimiento de equilibrado en un plano para calcular los pesos de corrección necesarios. b) Equilibrado para el primer modo de flexión (modo V). Se añade un peso de prueba (masa m) en el plano medio. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 275 siendo el más común el método de equilibrado modal. 16 sólo son váli­ das para rotores simétricos. El equilibrado se realiza de forma análoga a las secciones anteriores teniendo en cuenta que el número de planos de compensación requeridos para el mo­ do de flexión n será n+2.16. Figura 7. Se debe equilibrar para todas las fre­ cuencias de resonancia que aparezcan por debajo de la velocidad de régimen. Las posiciones y pesos mostrados en las figura 7.16. Figura 7. Finalmente se realiza el equilibrado del rotor a la velocidad de servicio añadiendo pesos de corrección sólo en los planos extremos. En otro caso se requerirán planos de corrección axial­ mente asimétricos y los pesos de corrección se deberán ajustar para obtener los pares apropiados.276 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS los apoyos y se utiliza el procedimiento de equilibrado en un plano para cal­ cular los pesos de corrección necesarios. En estas condiciones se mide nuevamente la amplitud de vibración en uno de los apoyos y se utiliza el procedimiento de equilibrado en un plano para calcular los pesos de correc­ ción necesarios. de forma que no perturban el equilibrado previamente realizado. Distribución de pesos para la corrección del segundo modo de flexión d) Equilibrado para el tercer modo de flexión (modo W). Se hace girar el ro­ tor a una velocidad cercana a la tercera frecuencia de resonancia. f ) Equilibrado a velocidad de régimen.15. El equilibrado se realiza colo­ cando masas en cinco planos. Distribución de pesos para la corrección del tercer modo de flexión e) Equilibrado de sucesivos críticos. de acuerdo a la figura 7. Se mide la amplitud de vibración en uno de los apoyos. .14 a figura 7. resonancia estructural.7. 7. para el equi­ librado multiplano-multivelocidad de rotores flexibles. eje deformado. R el radio al que se sitúa el peso de prueba (en mm). holguras. excentricidad. Un problema frecuente a la hora de realizar un equilibrado es cómo determinar la magnitud y posición angular adecuadas del peso de prueba.21] donde M es la masa total del rotor (en kg). Un peso de prueba demasiado grande producirá una fuerte vibración que puede originar daños consi­ derables en los apoyos de la máquina. la dificultad para arrancar y parar la máquina va­ rias veces durante el proceso de equilibrado. mientras que un peso de prueba excesiva­ mente pequeño no será capaz de alterar sustancialmente los valores de amplitud y fase de vibración. en la posición o magnitud de los pesos colocados o en el diagnóstico del desequilibrio como causa exclusiva de vibración. 35. etc. Para garantizar la fiabilidad de las medidas de amplitud y fase vibratorias es conveniente observar los siguientes puntos: . CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE EQUILIBRADO Los problemas más frecuentes durante el proceso de equilibrado son la confir­ mación de que el problema mecánico sea exclusivamente desequilibrio (y que no exista otro problema adicional).. esto puede ser debido a errores en las medidas de amplitud o fase vibratoria. correas de transmisión en V.7. fuerzas eléctricas en motores. con lo que no se podrán obtener unos coeficientes de influencia fiables para el cálculo vectorial. Una primera aproximación puede ser la considera­ ción de un peso de prueba del orden del 10% del peso total del rotor. Si no se obtienen buenos resultados. En el capítulo 8 se presenta cómo diagnosticar todas estas anomalías y cómo discernir cuál de ellas es realmente el problema. y co la velocidad de giro del rotor (en rpm). Otra aproxi­ mación que tiene en cuenta la velocidad de giro del rotor puede obtenerse utilizan­ do la siguiente expresión: Pp = . y la propia colocación de los pesos de prueba y compensación en el rotor.5-A/ a2 R [7. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 277 El método de los coeficientes de influencia presentado para el equilibrado en dos planos también puede ser utilizado. Otros problemas que se manifiestan a la misma frecuencia que el desequilibrio son la desalineación. convenientemente extendido. El grado de calidad del equilibrado (G) se representa en mm/s. con un ancho de banda del 10% como máximo y comprobando la estabilidad de las medidas antes de su lectura definitiva. y con el menor coste posible. a una distancia radial de 100 mm del eje de giro. Para verificar la calidad de equilibrado se pue­ de recurrir a la norma internacional ISO 1940. Los sensores de vibración deben estar bien fijados y en una posición perfec­ tamente identificada. Se está realizando un equilibrado en dos planos. 7.1 mm/s hasta G4000 mm/s) para cada tipo de rotor en función de su velocidad de trabajo (tabla 7. y se define como la velocidad de desplazamiento de la excentricidad del eje del rotor provocada por el desequilibrio. se obtiene que para corregir el desequilibro. Para ejemplificar el uso de los grados de equilibrado.22] En función del tipo de rotor se debe exigir un determinado grado de calidad de equilibrado o desequilibrio residual.8. de si se trata de una pieza simple o de un conjunto. Este grado de equilibrado depende en gran medida del tipo de rotor. respectivamente. Debe utilizarse un filtro lxRPM en la medida. Tras éstas. o bien una calidad excesiva. Esto indica que el desequilibrio específico (e) que tenía el eje antes de equilibrar era: . es el producto del desequilibrio específico por la máxima velocidad de servicio del rotor: ^ U •© G = -----. sin vibraciones. hay que añadir masas de 320 y 305 gr en los pla­ nos 1 y 2. El rotor debe estar limpio y térmicamente estable durante el proceso.1). supóngase un eje de masa 200 kg cuya velocidad de giro sea de 500 rpm. que asigna un grado de calidad (desde G0. No ajustar correctamente el grado de precisión de equilibrado puede suponer una calidad insuficiente y que el rotor vibre. lo cual será beneficioso para el rotor pero habrá tenido un coste muy alto sin ser necesario. TOLERANCIA Y GRADO DE EQUILIBRADO Es esencial definir el grado de precisión de equilibrado para que las máquinas funcionen correctamente. y de la velocidad de trabajo real. Las lecturas de amplitud y fase a lxRPM deben ser tomadas siempre en las mismas condiciones.= rG •co m [7. para lo que se realizan las mediciones oportunas. Es decir. de su tamaño y forma.278 - MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS - La amplitud de vibración debe medirse preferentemente en unidades de des­ plazamiento (mieras pico-pico) o velocidad (mm/s RMS). ______________________________________________________________ Accionamientos de cigüeñal en grandes motores de 2 tiempos con soporte rígido. Calidad exigible en distintos tipos de rotor G40 G16 G6.3125 mm -500--------. Accionamientos de cigüeñal en motores de 4 tiempos con soporte elástico (gasolina y diesel). Husillos. Máquinas-herramienta y maquinaria general de plantas industriales.= 312. Rotores rígidos de turbogeneradores. Accionamientos de máquinas rectificadoras.__________________________________________________ Accionamientos de cinta magnetofónica y fonógrafos. Conjuntos rotor de turbinas de gas de propulsor de aviación.7. Ventiladores industriales.1. Bombas accionadas por turbina. Bombas impulsoras.________________ Partes de maquinaria agrícola. Partes de maquinaria industrial.l . ejes de transmisión. Grupos motor (gasolina y diesel) de automóviles y camiones. Ejemplos Accionamientos de cigüeñal en motores marinos lentos con soporte rígido y número impar de cilindros.24] Tipo de rotor. Tambores centrífugos.23] y que por tanto el grado de equilibrado que tenía el eje era: „ ^ I n r a d G = e •co = 0. Accionamientos de cigüeñal para motores de automóviles y camiones.5uw m 200% [7. Rotores.____________________________________________________ Turbinas de gas y vapor.= 16.— = -----------------------------. Componentes individuales de motores (gasolina y diesel) de automóviles y camiones. Tabla 7.____________________________________________________________________________ Accionamientos de cigüeñal en motores diesel de 6 o más cilindros.________________________ Ruedas. Norma ISO 1940. Rotores de motores eléctricos.36-----605 s Grado de calidad G4000 G1600 G630 G250 G100 [7. T urbocompresores. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 279 U (320 + 305)gr-lOOww e . con 6 o más cilindros. Engranajes de turbina principal de propulsores marinos. Volantes de inercia. Accionamientos de máquinas-herramienta. Accionamientos de cigüeñal en motores diesel rápidos de 4 cilindros con soporte rígido. Accionamientos de cigüeñal en motores marinos con soporte elástico. Pequeños rotores de motores eléctricos. discos y motores de rectificadoras de precisión.5 G1 GO.______ A ccionamientos de cigüeñal en grandes motores de 4 tiempos con soporte rígido.3 G2. llantas y neumáticos de automóvil. 280 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS El grado de equilibrado inicial era pues de G16. péndulos verticales (c) y de nivel de burbuja (d) . enton­ ces el grado de equilibrado conseguido habría sido: „ G =e co = U (31+ 35 )g r 100/ww 2ti-ra d .17.72-----m 200000gr 605 5 [7.= 1. ww — -co = -----------—--------------500 -----------. Máquinas de equilibrado p o r gravedad: de carriles horizontales (a). y éstos son de 31 y 35 gr en los planos 1 y 2. Si tras la colocación de los pe­ sos de corrección se vuelven a calcular los pesos de corrección necesarios para el equilibrado. de rodillos (b). respectivamente.25] Neumático Burbuja (d) Nivel de burbuja Figura 7. pero en el resto de casos sólo puede realizarse si el rotor gira. Las máquinas de equilibrado por gravedad más comunes son las de carriles horizontales. La primera categoría engloba aque­ llas máquinas que aprovechan el hecho de que un cuerpo que puede girar libremen­ te siempre busca la posición en que su centro de gravedad está lo más bajo posible. Este tipo de máquinas sólo puede detectar desequilibrios estáticos. localizar y medir desequilibrios. equipos de equilibrado en campo y máquinas de equilibrado centrífugas. Equipo de equilibrado en campo y banco de ensayos de equilibrado .18. tomadas normalmente en los apoyos. Estas máquinas deben de traducir las lecturas de equilibrado. de rodi­ llos. Cada máquina de equilibrado debe determinar por algún medio la magnitud del peso de corrección y su posición angular para uno. DISPOSITIVOS COMERCIALES DE EQUILIBRADO En el mercado existen máquinas de equilibrado que pueden ser utilizadas para detectar. dos o más planos de equilibrado seleccionados.9. Por el modo de operación las máquinas de equilibrado pueden clasificarse en tres categorías: máquinas de equilibrado por gravedad.7. Todo ello puede realizarse de forma estática para el equilibrado en un único plano.17). péndulos verticales. Figura 7. y de nivel de burbuja (figura 7. en pesos de corrección sobre los planos de equilibrado seleccionados. Los datos que proporciona la máquina permiten cambiar la distribución de masa de un rotor para su equilibrado. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 281 7. Consisten básicamente en sistemas que combinan transductores de vibración y tacómetros con analizadores de vibración portátiles (figura 7. el rotor se monta sobre unos apoyos que posee dicha máquina y se hace girar alrededor de un eje vertical u horizontal mediante un motor.282 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Los equipos de equilibrado en campo proporcionan la instrumentación necesaria para la detección y medida de las amplitudes y fases de los movimientos o fuerzas de reacción causadas por las fuerzas centrífugas en cada revolución del rotor. se detectan (mediante sensores) las amplitudes y fases de los movimientos o fuerzas de reacción causadas por las fuerzas centrífugas en cada revolución del rotor. Angulo de fa s e y am plitud de desplazamiento en función de la velocidad de rotación en máquinas de equilibrado con soportes rígidos y con soportes oscilantes En las máquinas de equilibrado centrífugas. Los equipos de equilibrado en campo son también llamados muchas veces máquinas de equili­ brado portátiles. e impulsado por su propio motor.18). 19. se procesan y se indican los pesos de corrección nece- . Con estos equipos se toman las medidas necesarias para el equilibrado con el rotor fun­ cionando sobre sus propios apoyos. (a) MÁQUINA CON SOPORTES OSCILANTES (b) MÁQUINA CON SOPORTES RÍGIDOS Figura 7. en cambio. menor será el desplazamiento de los apoyos y mayor la salida de los senso« s que miden el desequilibrio.20).7. permitiendo que el rotor vibre libremente en al menos •ina dirección perpendicular al eje del rotor. de forma que cuando la velocidad de equilibrado se alcanza. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 283 sarios. de forma que la medida del desequilibrio sólo pue* obtenerse tras el calibrado del sistema para un rotor dado mediante una serie de . Movimiento de un rotor desequilibrado ju n to con los apoyos en una máquina de equilibrado centrífuga de soportes oscilantes Las máquinas de equilibrado de apoyos flexibles se caracterizan porque los rosores que van a ser equilibrados en ellas se montan sobre apoyos que están suspen­ didos muy flexiblemente.20. el ángulo ae fase y la amplitud de vibración se han estabilizado y pueden medirse con razolable certeza (figura 7. La relación entre el desequilibrio y el movimiento * los apoyos es muy compleja. pero sí la masa añadida de los apoyos. Figura 7. La resonan­ cia del sistema rotor-apoyos se da a la mitad o menos de la menor velocidad de squilibrado. y del tipo de soporte empleado (flexible o rígido). A mayor masa combinada de rotor y «poyos. sumándose a su masa (figura 7.19a). Los apoyos (y los componentes directamente sujetos a eflos) vibran al unísono con el rotor. Este tipo de máquinas se pueden clasificar a su vez en función de la disposi­ ción del eje de giro del rotor (vertical u horizontal). usualmente la horizontal. La restric­ ción de movimiento vertical no afecta a la amplitud de vibración en el plano horis o ta l. la medida de los sensores colocados sobre los soportes de la máquina de equilibrado sigue siendo proporcional a la fuerza centrífuga resultante del desequilibrio del rotor. y donde la amplitud de vibración. Máquinas de equilibrado calibrables sin necesidad de un rotor prototipo equilibrado. aunque pequeña. Ello se traduce en que la resonancia horizontal del sis­ tema rotor y soportes se da a una frecuencia varios órdenes mayor que la que se daría con soportes flexibles. No proporcionan el desequilibrio directamente en unidades de pe­ so. es directamente proporcional a las fuerzas centrífugas producidas por el desequilibrio (figura 7. incluso cuando se trata de rotores de una misma serie. Son máquinas de sopor­ tes flexibles. no es necesario calibrarlas para un rotor dado.21) se diferencian de las anteriores en que sus soportes son significativamente más rígidos en la direc­ ción transversal horizontal. La medida no está influenciada por la masa de los apoyos o la masa o inercia del rotor. Son también máquinas de soportes flexibles.284 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS operaciones de calibración con pesos de calibrado de valor conocido colocados sobre el rotor en los planos de corrección elegidos. que utilizar una instrumentación que incluye un compensador de desequilibrio electrónic : de forma que cualquier rotor (desequilibrado) puede ser utilizado para su cafibración. sino que únicamente proporcionan valores para el desplazamiento o la velo­ cidad de vibración en los soportes. Clase II. - - . Por ello. Sin embargo. Máquinas de equilibrado de prueba y error. Las máquinas de equilibrado de apoyos rígidos (figura 7.19b). en una zona en la que el ángulo de fase es constante y prácticamente nulo. Estas máquinas de equilibrado se diseñan para que trabajen a velocidades claramente por debajo de estas resonancias. Dado que la fuerza que una cierta cantidad de desequilibrio ejerce a una velocidad dada es siempre la misma. no im­ porta si el desequilibrio ocurre en un rotor pequeño o grande. Clase III. que utilizan una ins­ trumentación que permite la calibración para un rotor tipo dado si se dispone de un rotor prototipo equilibrado. de forma que se puede establecer una relación permanente entre el des­ equilibrio y la medida que proporciona el sensor. ligero o pesado. Máquinas de equilibrado calibrables mediante un rotor prototipo equilibrado. La instrumentación no indica la cantidad de peso que debe ser añadido o eliminado en cada uno de los planos de corrección. requiere el mismo procedimiento de prueba y error de la clase I para el equilibrado del primero de los rotores de una serie idéntica.2): Clase I. Se suelen distinguir cuatro clases de máquinas centrífugas de equilibrado (I a IV). que se presentan a continuación (tabla 7. al contrario que las má­ quinas de apoyos flexibles. E1 equilibrado implica un procedimiento lento de prueba y error para cada rotor. Se trata de máquinas de soportes flexibles. 2. Rotor de m otor eléctrico de 18 toneladas sobre una máquina de equilibrado horizontal de soportes rígidos . Máquinas de equilibrado calibradas permanentemente. EQUILIBRADO DE MÁQUINAS 285 Figura 7.Clase IV. III IV Tabla 7. proporcionan el valor del desequilibrio sin necesidad de un calibrado previo. Al contrario que las máquinas del resto de clases.7. II. Orientación del eje Soportes Flexibles Rígidos Flexibles Rígidos Clase II. Clasificación de máquinas centrífugas de equilibrado . III IV I. Son má­ quinas de soportes rígidos que están calibradas de forma permanente por el fa­ bricante para todos los rotores que estén dentro de un rango de peso y velocidad para un tamaño de máquina dado.21. Esto llevó al desarrollo de las técnicas de análisis de aceites o de vibraciones como sistema para el diagnóstico del estado de una máqui­ na y la detección precoz de los fallos con la mayor precisión posible.7. INTRODUCCIÓN La competitividad de la industria actual se basa en gran medida en el uso de abundante maquinaria para la automatización de las operaciones de fabricación. es decir. Puesto que el fallo de una máquina se caracteriza por un incremento en el nivel de ruido o de vibración. Los fallos aleatorios. En general. su productividad.MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 8. El mantenimiento de dicha maquinaria es un aspecto fundamental para asegurar el correcto funcionamiento del sistema productivo y. Posteriormente. por tanto. el nivel de vibración de una máquina también sigue aproximadamente dicha curva de la bañera (figura 8. tratando de determinar las causas que los originaban. tratando de adelantarse al fallo de las mismas. y con una escasa organización de la actividad. Con la Primera Guerra Mundial se inició en Estados Unidos la aplicación del mantenimiento como una actividad organizada en las fundiciones y la maquinaria de guerra.1. basado en las sustituciones pe­ riódicas de piezas. La acumulación de estos tres tipos de fallo da origen a la curva de la bañera (figura 1. en todo tipo de máquinas se distinguen tres grandes grupos de fallos ya descritos en el apartado 1. como consecuencia de la disminu­ ción de la fricción y el ajuste entre las piezas.1).1). Históricamente el mantenimiento de máquinas empezó siendo un mantenimiento básicamente correctivo. característica de la probabilidad de fallo con el tiempo. dando lugar al inicio del mantenimiento predictivo. basado en la reparación de los fallos una vez pro­ ducidos. A partir de aquí. El nivel de vibración de­ crece al principio durante el período de rodaje. posteriormente se mantiene aproxi- . el crecimiento de la producción en línea y el aumento del tamaño de las series im­ pulsó el desarrollo del mantenimiento preventivo.1: Los fallos infantiles. ya en las décadas de los cincuenta y los sesenta los técnicos de mantenimiento co­ menzaron a estudiar los fallos de las máquinas en su origen. Los fallos producidos por el desgaste y envejecimiento. tras monitorizar la vibración de una máquina. y corregir o sustituir los elementos necesarios antes de que se produzca el fallo. De ahí que la medida de la vibración sea un parámetro fundamental en el diagnóstico del estado de una máquina. En algunos casos el valor de estos parámetros se mide de forma continua mientras que en otros la medida se realiza con una periodicidad definida. Posteriormente. cuando otro nivel. debido al desgaste excesivo. considerado de alarma. En la mayoría de las oca­ siones. caso de que las haya habido. A su vez. finalmente se incrementa de manera rápida. Como se comentó en el apartado 1. cuando se supere un cierto nivel de alerta. has­ ta que se produce el fallo o la rotura.3. es decir. reduciéndose cuando los parámetros indiquen un fallo cercano. se supera. En muchos casos el intervalo puede cambiar en función del estado de la máquina. la intensidad de vibración medida es representada frente al tiempo. la medida de estos parámetros se realiza sin necesidad de parar la máquina ni interrumpir la producción. El intervalo de inspección debe fijarse en un tiempo que permita detectar variaciones en el estado de la máquina. Cuando el nivel de vibración supera el nivel de alerta. el mantenimiento predictivo está basado en el análisis del estado de la máquina. Este análisis se lleva a cabo habitualmente midiendo parámetros que son representativos del estado. La figura 8.288 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS madamente constante o con un incremento muy ligero durante la mayor parte de su vida.2 muestra un ejemplo en el que. se procede a la reparación. la vigilancia de los parámetros se realiza con mayor frecuencia. cuando la intensidad de vibración su­ . cuando se estima que el fallo se producirá en poco tiem­ po. Así. la frecuencia de medición de la condición de la máquina (frecuencia de inspección) se incrementa consiguiendo una vigilancia más cercana. 8. comienza un nuevo ciclo de funcionamiento de la pieza o sistemas mecánicos que son objeto de la monitorización. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 289 pera el nivel de alarma. El mantenimiento predictivo se basa en dos premisas fundamentales: • Existen parámetros objetivos mesurables cuyo valor indica el estado de la máquina o de sus componentes. . Es muy importante que el nivel de alarma esté cerca en el tiempo de la avería. se realiza la operación de mantenimiento correctivo corres­ pondiente (corrección. Los niveles de alerta y de alarma son establecidos basándose en la información histórica de mantenimiento de la máquina y basándose en la experien­ cia del personal técnico. reparación y/o sustitución de piezas dañadas). al mismo tiempo. Tras esto se observa una disminución de la intensidad de vibración y. • Los componentes presentan un modo de fallo no repentino ni aleatorio. existiendo una variación monótona en el valor del parámetro (que se aleja cada vez más de su valor normal) antes de que se produzca el fallo. así. debe estar a suficiente distancia para permitir detectar que se ha superado el nivel de alarma antes de que se produzca el fallo. para conseguir agotar la vida útil de la pieza o sistema pero. por ser uno de los que permite detectar con mayor fiabilidad un gran número de potenciales fallos. la bancada. La intensidad de vibración depende del diseño. Por ello. el nivel de vibración.290 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Si una de estas premisas no se cumple. no es posible predecir el fallo por extra­ polación y el mantenimiento predictivo resulta imposible. La vibración aceptable no debe reducir de manera apreciable la vida útil media de los componentes de la máquina. el nivel de vibración de la máquina varía de unos puntos a otros de la misma. una vez puesta en funcionamiento. La vibración de la máquina no debe superar el valor que haga problemático el correcto funcionamiento de otras máquinas cercanas o la integridad de otros sis­ temas o instalaciones. Para una máquina determinada funcionando en condiciones normales una vibra­ ción de una cierta intensidad se puede considerar normal. intensidad o voltaje para máquinas eléctricas). El valor real. De todos ellos el nivel de vibración es el más universalmente usado en el mantenimiento predictivo de maquinaria. las condiciones de operación. Dentro de los parámetros que cumplen estas premisas. presión en el caso de bombas. el esta­ do de la máquina y otros factores. la situación. este capítulo se centra exclusivamente en el estudio del mantenimiento predictivo basado en la medida de vibraciones. 8. Si se . El límite aceptable de vibración antes de intervenir sobre una máquina debe es­ tablecerse asegurando los siguientes criterios: La vibración no debe superar el límite que ocasione un funcionamiento defec­ tuoso de la máquina (por ejemplo la vibración de una rectificadora no debe so­ brepasar el límite que impida alcanzar el nivel de acabado superficial deseado). la temperatura y otros que son característicos del funcionamiento de cada máquina en concreto (caudal. dependerá de las tolerancias de fabricación. NIVELES DE VIBRACIÓN. pero si la máquina se deteriora el nivel de vibración sube. los más habitualmente utilizados son: el nivel de ruido. de ahí que sea el parámetro más utilizado en el mantenimiento predictivo. NORMATIVA Cualquier máquina vibra durante su funcionamiento.2. Además. La vibración de la máquina no debe provocar efectos dañinos en las personas. El incremento del nivel de vibración es pues un buen indicativo del estado de la máquina o sus componentes. - - La vibración normal en condiciones iniciales aceptables de la máquina sólo puede establecerse en diseño con unos límites inferior y superior. el nivel de partículas metálicas en el lubricante. existen algunas normas que establecen límites orientativos. es difícil. Esto ocurre en las máquinas con lubricación por película de aceite en las que se dispone de un eje flexible y una carcasa pesada o de gran masa.1.Recomendaciones y guías de los fabricantes o de diferentes investigaciones técnicas. . Un nivel de vibración superior al valor más alto de esta zona indicaría una condi­ ción peligrosa de la máquina y ésta debería ser intervenida o al menos el período de inspección debería reducirse para captar la evolución antes de que se produzca el fallo. especialmente empleadas en la actualidad en turbomaquinaria. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 291 fija un valor excesivamente exigente para la vibración inicial en condiciones nor­ males los costes de fabricación se disparan. De acuerdo con la figura 8. . establecer los niveles de alerta y alarma indicados en la figura 8 . .2 . Se distinguen los si­ guientes tipos de normas: Normas nacionales. dada la gran variedad existente.8. basándose en la experiencia acumulada en la propia empresa. que se considera la norma de referencia en transacciones internacionales y que es la más empleada como punto de partida para controlar la vibración de una máquina. se suele empezar por utilizar alguna de las normativas interna­ cionales.Normas internas. Se emplea en máquinas con un gran movimiento relativo en los cojinetes. En este caso se mide la vibración me­ diante el desplazamiento del eje de la máquina respecto a su eje geométrico. amorti­ guada por el efecto de la película de aceite. Normas internacionales. Este es el caso de las turbinas de gas de gran longitud o las bombas multi-etapa. como la UNE 20113-14. válidos para muchas máquinas. en rela­ ción con el movimiento transmitido a la carcasa. la vibración normal aceptable debería venir mar­ cada por los límites inferior y superior de la zona central de la curva de la bañera. En estos casos la vibración del eje. El establecimiento de valores límite de vibración aceptable estándares. En estos casos la medida de la vibra­ ción en la carcasa de la máquina no es eficaz. ya que puede ser pequeña a pesar de que el eje esté sufriendo vibraciones importantes. se transmite en muy pequeña magni­ tud a la carcasa o fundación de la máquina. - Las diferentes normas se basan en dos tipos de medidas: Medidas de vibración relativa del eje. No obstante. como la ISO 10816 para luego. en las que se establecen límites de aviso y alarma basados en la experiencia propia de mantenimiento de cada fábrica. como la ISO 10816 (que sustituye a la antigua ISO 2372). En la práctica. fundamentalmente rodamientos.3). la amplitud de su vi­ bración. por efecto Eddy (véase A. y masa de carca­ sa relativamente baja.4. con un desfase de 90° entre ambos (figura 8. por tanto. Se emplea en aquellas máquinas con apoyos de ejes relativamente rígidos. En estos casos los sensores .292 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Para la medida de la vibración en este caso se utilizan habitualmente dos senso­ res de proximidad sin contacto. A partir de sus medidas es posible calcular la posi­ ción instantánea del centro geométrico del eje y. Acelerómetro o - Medidas de vibración en carcasa.1). de forma que la vibración del eje puede seguirse bien a través de la medida de la vibración en la carcasa. en dirección radial. que se atornillan de forma permanente sobre el cojinete. A continuación se describen algunas de las normas más empleadas para medir la severidad de vibración: 1.7 0. indicando el estado de la turbomáquina: . Con estos datos se obtiene un punto en una de las zonas definidas.5) son la vibración pico a pico en desplazamiento del eje.0 3 2. ----.0 4.0 c 0. ya que es el punto a través del cual se transmite la vibración a la carcasa (figura 8.0 8.6 o 0.4). El valor de la medida que se utiliza para establecer el nivel de vibración se de­ nomina severidad de vibración y suele corresponder a una valor medio de vibración global en un rango amplio de frecuencias.2 ¡Atención! La vibración mostrada se refiere a valor de amplitud pico a pico. Parada para mantenimiento 3.4 o 2 -O 0.5.0 o o § n. Peligro inminente de fallo severo 2.5 0. medida con transductores de proximidad colocados sobre el cojinete.1. G R Á F IC O DE D R E SS E R -C L A R K Se basa en la medida de vibración relativa del eje y se emplea en turbomaquinaria. Gráfico de Dresser-Clark 8.8.0 j2> 3. Revisión y vigilancia continua 4.1 ------. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 293 empleados suelen ser acelerómetros o medidores de velocidad y suelen montar­ se en los puntos de la carcasa directamente sobre los apoyos del eje. tomada con sensores de proximidad y el régimen de giro. del rotor con respecto al cojinete.5 a 2. Vibración admisible que debe intentarse reducir o o o 70 6’0 5. 1-5 c a o 1. Los valores de entrada en el gráfico (figura 8.1 _____I _____I _____I _____I _____L 8000 16000 24000 32000 40000 48000 4000 12000 20000 28000 36000 44000 52000 Velocidad (rpm) Figura 8.2.3 0. . Vibración admisible que debe intentarse reducir. MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Peligro grave de daños inminentes. 4. 2. 3. Parada para mantenimiento.294 1. Revisión y vigilancia continua. 6): la vertical correspondiente a vibración medida en desplazamiento (valor de pico) y la horizon­ tal correspondiente a velocidad de giro de la máquina. Esta última sustituye a la norma ISO 2372 (. N O R M A S ISO La normativa internacional ISO es la más utilizada como referencia para el es­ tablecimiento de los límites de vibración aceptables. Dispone de dos escalas logarítmicas (figura 8. Asimismo se indican las líneas isovelocidad sobre las cuales se establece el estado de la máquina.Evaluation o f ma­ chine vibration bv measurements on non-rotating parts) para la medida de vibra­ ción sobre la carcasa de la máquina. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 295 8.000 rpm y 3.2. La norma ISO 10816 es una de las más empleadas como comparación para es­ tablecer el nivel de vibración global de una máquina a partir de la medida de vibra­ ción en carcasa.8. C A R T A D E R A T H B O N E Se trata de una de las primeras guías existentes.2. aunque sirve como primera aproximación en al­ gunos tipos de fallos. - .500 rpm. Consta de 6 partes. hoy prácticamente en desuso. Máquinas industriales con potencia nominal por encima de 15 kW y velocidades entre 120 rpm y 15. desarrolladas entre 1995 y 2001: ISO 10816-1. los fallos en rodamientos y engranajes no serían detectados dado que la ad­ quisición se realiza con un filtro alrededor de la frecuencia de giro mientras que estos fallos se manifiestan a frecuencias que en ocasiones son de cientos de veces el régimen de giro. ISO 10816-3. un mé­ todo poco adecuado para comprobar fallos de maquinaria a alta frecuencia (máqui­ nas rápidas y fallos en rodamientos y engranajes.Measurements on rotating shafts and evaluation criterio ).Mechanical Vibration o f Machines with Operating Speed from 10 to 200 rps) que ha sido la más utilizada intemacionalmente desde su redacción en 1974. 1. La medida de vibra­ ción se realiza según las direcciones radiales (horizontal y vertical) en los apoyos de la máquina. 8.000 rpm medidas in situ.2. 3.3. ISO 10816-2. Por otra parte. El problema de esta carta es que se basa en medidas de desplazamiento. Las dos normas más importan­ tes son la ISO 7919 (Mechanical vibration o f non-reciprocating machines . Reglas generales. fundamentalmente). desarrollada en los años treomta. para la medida de vibración relativa de eje y la norma ISO 10816 (M echanical vibration . que se corresponde con la frecuencia de la señal de vibración adquirida.600 rpm.800 rpm. Turbinas de gas y generadores sobre el suelo de más de 50 MW con velocidades de operación: 1. Máquinas grandes con potencia superior a 300 kW y máquinas eléctricas con altura de eje superior a 315 mm. La medida de vibración realizada es el valor global en velocidad eficaz (RMS) con un filtro dentro del rango 10-1000 Hz. Los puntos de medida serán sobre la carcasa de la máquina. además. Máquinas alternativas con potencias superiores a 100 kW. En relación con el tipo de apoyo se clasifican.296 - MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS ISO 10816-4. Si nos centramos en la ISO 10816-3. realizándose dos medidas radiales. las condiciones de medida que se establecen en la misma son: La máquina deberá ser separada de otras máquinas vibrantes y se le hara funcionar a velocidad de régimen. Grupo 2. así como la designación nor­ malizada de las posiciones de medida. en dos grupos: . ISO 10816-5. Turbinas de gas a excluyendo las de aviación. Por otra parte. En el caso de máquinas de velocidad va­ riable se deberá realizar un barrido a diferentes regímenes habituales. Grupo 4. cuyas direcciones se corta­ rán en el eje. Para la medida de este va­ lor global existen vibrómetros acondicionados específicamente con este fil­ tro. Bombas multiálabe con motor integrado y potencia superior a 15 kW. y una axial. titula­ da Condition monitoring and diagnostic o f machines—Vibration condition monitoring— Part I: General Procedures. Bombas multiálabe con motor independiente y potencia superior a 15 kW. Grupo 3. ISO 10816-6. en la que se establecen las posiciones recomen­ dadas de medida para diferentes tipos de máquinas. Conjuntos de máquinas en plantas de generación hidráulica y de bombeo. en la proximidad de los apoyos. en la que tienen cabida la mayor parte de las máquinas industriales. - - Dadas las diferencias entre los tipos de apoyos o rodamientos y las estructuras de soporte de diferentes tipos de máquinas se definen 4 grupos de máquinas: Grupo 1. muy recientemente se ha publicado la ISO 13373-1:2002. Máquinas medias con una potencia entre 15 kW y 300 kW y má­ quinas eléctricas con altura de eje entre 160 mm y 315 mm. 7. 7. . MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 297 - - Máquinas con apoyo rígido. MUY SATISFACTORIO 15kW . ISO/DIS 10816-3 TABLA DE SEVERIDAD DE VIBRACIÓN PARA MÁQUINAS ROTATIVAS DESDE 120 A 15000 RPM D. tal como se indica en la tabla.50MW Figura 8 .300 kW 300kW . definiéndose 4 zonas de severidad (A: buena. si la frecuencia natural del sistema máquinaapoyo es superior al 25% de la frecuencia fundamental de excitación (nor­ malmente el régimen de giro del eje principal). D: inaceptable). INACEPTABLE (fallo inminente) ---------------------C. Tabla de severidad de vibración según ISO 10816-3 Por lo que respecta a la norma ISO 7919 para la medida de vibración sobre eje.8. B: satisfactoria. en el gráfico de Dresser-Clark mostrado anteriormente. INSATISFACTORIO' s a t is f a c t o r io ¿¿A. El límite de alerta se establecería en la frontera entre las zonas B y C y el límite de alarma en la frontera entre las zonas C y D. Máquinas con apoyo flexible. C: insatisfacto­ ria. La norma establece un nivel de severidad de vibración en función del valor glo­ bal medido y de la clase de máquina y de apoyo de acuerdo con la tabla de la figura 8. en el resto de casos. Parte 14: Vi­ braciones mecánicas de determinadas máquinas con altura de eje igual o superior a 56 mm.4. y ha sido. API Std.298 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS 8.5 Montaje rígido H>400 (mm/s) 2.8 Clase Figura 8. como turbinas de gas de gran potencia. sin estar co­ nectado a la carga).8 0. 610. 612.2. 619). API Std. 617.8.71 1.71 132<H<255 255<H<4<X) (mm/s) (mm/s) 2. API Std. Máquinas eléctricas rotativas.2. . compresores centrífugos y alternativos.1800 1800<n¿3600 1. API Std.8 1. evaluación y límites de intensidad de vibración establece los niveles de vibración aceptables en máquinas eléctricas rotativas que giran a veloci­ dades entre 600 y 3600 rpm.12 4.45 0.12 1. Básicamente coincide con la norma ISO 2373 que es una adaptación de la ISO 2372 para motores eléctricos. Establece los límites de vibración indicados en la tabla de la figura 8. Límites de intensidad de vibración Velocidad nominal n (rpm) Valores eficaces máximos de la velocidad de vibración para una altura de eje H (mm) Máquinas medidas en estado de suspensión libre 56<H<132 (mm/s) N (normal) R (reducido) S (especial) 600<n<3600 600ai^1800 1800<n<3600 600<.8 0.8 H>400 (mm/s) 4.5 1. API Std. 541.8.5. Medición.12 0.71 1. 613. OTRAS NORMAS La norma VDI 2056 coincide básicamente con la antigua norma ISO 2372. Valores límites de vibración según UNE 20113-14 8. dando valores globales de vibración RMS en el rango de 10 a 1000 Hz. una de las más utilizadas como referencia en las últimas déca­ das.8 2. También son de interés las normas API del American Petroleum Institute que establecen procedimientos de medida de vibración para diferentes tipos de máqui­ nas habituales de la industria petroquímica.n<. junto con ésta. soplantes de aire y generadores (API Std. para el motor funcionando a su velocidad nominal en vacío (es decir. Los requisitos impuestos en la medida son similares a los de la antigua ISO 2372 (comparables a los de la ISO 10816).12 1.5 1. NORMA UNE 20113-14 La norma UNE 20113-14 de 1996. Este objetivo permitirá conseguir beneficios como: Aumento de la disponibilidad de las líneas de producción. unidad de medida). inci»fiendo en los puntos de mayor interés para el diseño del programa de manteniinento predictivo. Reducción de costes de mantenimiento.3. . Mejora de la calidad del producto final.8. Simplificación de la organización de los trabajos de mantenimiento.Definición de los métodos de análisis y diagnóstico (curvas de tendencias. de sistemas informáticos de ayuda. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 299 8.Establecimiento del procedimiento de medida (tipo de transductor. bandas de frecuencia definidas. La organización del sistema es importante puesto que es la que garantiza el éxi­ to del mismo y afecta a aspectos tales como: Selección de las máquinas que deben ser controladas e inventario completo de las mismas que incluya sus características técnicas e historial de averías. ORGANIZACIÓN DE UN SISTEMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO El objetivo fundamental de un sistema de mantenimiento predictivo debe ser la detección precoz de anomalías y averías para ser corregidas antes de que se pro­ duzca un fallo. análisis de fase. rango máximo de frecuencia. A continuación se analizan detalladamente cada uno de estos aspectos. así como establecimiento de las rutas de medida y su periodicidad. análisis en el tiempo.1.).Diseño de la base de datos y de los informes de medidas. dado que no todas las máquinas de una factoría tienen qué estar incluidas en el programa de mantenimiento predictivo.Selección de los puntos de medida dentro de cada máquina. o al menos no . coloca­ ción. . . . en su caso. etc. SELECCIÓN DE MÁQUINAS Y ESTABLECIMIENTO RUTAS Esta fase es importante. con la selección. análisis de espectro. - . análisis orbital. Mejora de la seguridad e higiene. número de dientes de los engranajes. Medidas o monitorización permanentes (online condition monitoring ). etc. el transductor pu: de estar instalado permanentemente en el punto de medida y sólo se mueve el equi­ po de adquisición. equipo de análisis en este caso va unido de forma continua al transductor. que a su vez son analizadas en tiempo real antes de la siguiente medida. que su ser de semanas o meses. aquellas máquinas que funcionan continuamente y cuyo coste de reparación es alto y/o tienen un efecto crítico en la producción. si tiene capacidad para ello o. pero que da lugar a grandes beneficios a largo plazo. lo que es más nom llevarse a cabo posteriormente en oficina. Esto dependerá del valor o complejidad de la máquina y de su papel en la línea de producción. Por otra parte. si el punto es de difícil acceso. cabe distinguir dos op­ ciones: Medidas intermitentes (offline condition monitoring ). au . Normalmente para realizar las medidas un operario ppor los puntos de medida de cada máquina con un transductor y un equipo de ad­ quisición portátil. es conveniente iniciar el programa con sólo unas pocas máquinas y ampliar posteriormente el número de ellas cuando el sistema está suficientemente consolidado. características de los elementos normalizados (rodamientos.300 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS todas al mismo nivel. El mantenimiento correctivo en el primer caso y el preventivo en el segundo serán suficientemente eficaces en estos casos. etc. para conocer el orden de incorporación al programa. Este inventario incluye datos como velocidades de régimen de los diferentes ejes. fácilmente sustituibles o reparables en caso de avería y que no tienen un efecto crítico en el ritmo de producción pueden ser utili­ zadas hasta su fallo en gran parte de los casos. Las máquinas simples y baratas. puede realizarse sobre propio equipo de adquisición. Esta opción se usa cuando el número puntos a analizar es elevado o el análisis que hay que realizar de la medida es c piejo. así como datos de engrase. dimensiones de las correas y relaciones de transmisión. La información técnica de las máqui­ nas es fundamental en el diagnóstico de causas de vibración y en la reducción tiempo de reparación y parada. Por lo que respecta a la periodicidad de las medidas. es decir. En cuando al análisis de la medida. cu el transductor está instalado permanentemente y realiza medidas de forma c nua. al establecimiento de los intervalos de tiempo entre inspecciones o medidas. Por el contrario. En este sentido. el establecimiento de un índice de criticidad de cada máquina es muy interesante. En ocasiones. El inventario de las máquinas es una labor que resulta en ocasiones complicada y tediosa. cuando las medidas realizan estableciendo un período de tiempo apreciable entre las mismas.). Asimismo las máquinas muy fiables o cuyo fallo puede preverse con suficiente precisión no necesitan medidas específi­ cas para controlar el mantenimiento. son candidatas claras a ser sometidas a un programa de mantenimiento predictivo. historial de averías y reformas. Las rutas deben establecerse con el objetivo Je minimizar los recorridos totales del operario. En el caso de los sistemas con medida intermitente es importante el estableci­ miento de lo que se llama la ruta de medida. por lo que conviene estar seguro de su necesidad.2.La criticidad de la máquina exige un control permanente del estado de la misma y/o una parada inmediata cuando existe un funcionamiento anómalo. etc. SELECCIÓN DE PUNTOS DE MEDIDA El criterio para seleccionar los puntos y direcciones de medida de vibración en máquina es la obtención de una medida que aporte la mejor información posi:ie para la detección de anomalías. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 301 en ocasiones.). para optimizar el coste del sistema se usan sistemas multiplexados. Como regla general. La definición de la periodicidad de medida sobre cada máquina se establecerá en función de la criticidad de la misma y de la experiencia sobre la evolución de la náquina con el tiempo. En este caso existe un intervalo de algunos segundos entre dos análisis consecutivos en un mismo punto. de forma que varios transductores comparten un equipo de análisis de forma secuencial. de seguridad o económicos. por lo que deberán escogerse aquellos puntos en los que la medida vibratoria dé m a mejor indicación del estado de los elementos potencialmente problemáticos. . . En algunos casos el sistema de medida y análisis se completa con un sistema de actuación automático para provocar la parada de la máquina si los resultados del análisis lo aconsejan. Dicha ruta marca el orden en el que los operarios de mantenimiento pasan por los diferentes puntos de medida de una planta para la realización de la misma. quincenales. bien por motivos técnicos. La monitorización permanente puede llegar a ser muy costosa. am­ bientes tóxicos o radiantes). - *3. Hay que indicar que los espectros de vibración atenidos en diferentes puntos de una misma máquina pueden ser muy diferentes. En una misma planta pueden exis­ tir varias rutas con diferentes periodicidades (semanales. estaciones remotas de bombeo. con el fin de evitar la atenúa- . En general la posición de medida deberá estar tan cerca como sea posible de los rosibles puntos que pudieran dar origen a anomalías. etc. Esta viene motivada por razones como las siguientes: Los puntos de medida son difícilmente accesibles o se encuentran en am­ bientes peligrosos para el acceso de un operario (temperaturas extremas. especialmente si el número de puntos de medida es elevado.). mensuales.8. se recomienda que el tiempo entre medidas sea del orden de 1/6 a 1/10 del tiempo medio entre fallos.No hay personal disponible en la planta para realizar las medidas (platafor­ mas marinas. Habitualmente se nom­ brarán con un código específico que aparecerá en las fichas o software de gestión del mantenimiento para la anotación de resultados (figura 8.9. No obstante. en ocasiones la accesibilidad limita la posibilidad de selección u obliga a instalar sis­ temas de adquisición montados permanentemente. Habitualmente se toman medidas en las dos direcciones radiales (horizontal y vertical en el caso de ejes horizontales) y una en dirección axial.) o a los apoyos de los mis­ mos (fallos en cojinetes o rodamientos). los apoyos de los cojinetes o ro­ damientos son el punto habitual de medida. Esquema de motoventilador con los puntos de medida (H: horizontal. A :axial) Los puntos seleccionados deben marcarse claramente en la máquina.302 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS ción de la señal en la transmisión desde la fuente al transductor. fallos en engranajes. ejes doblados. etc. para ase­ gurar la repetibilidad de la posición en diferentes medidas. Gran parte de los fallos de una máquina están ligados a sus ejes (desequilibrio. Por ello.9 se muestra un ejemplo de un motoventilador con los puntos de medida seleccionados. V: vertical. . tanto para medida de vibración en car­ casa como para vibración relativa del eje. En la figura 8. desalineación.10). VIH Motor Figura 8. : Posición de medida Frecuencia Nominal. ruido..2 2. etc. Los parámetros más interesantes son los que se refieren a medidas de vibraciones (desplazamiento. fundamentalmente los de tipo de piezoeléctri- . N° Inventario: U6742 Transductor: □ v (m -í1) BI a (m-s'2) Magnitudes medidas: □ s E lv da Escala: n3= n4= Firma: I Punto de J medida □ Horiz. Engr.6 2.. Estación: Laminadora N° Inventario: Velocidad: n 1= 2880 n2= 1440 Fecha: 31. flujos..1 3.2K 25 3.4 3. En cuanto a los transductores de vibración los más empleados son los de des­ plazamiento basados en corrientes de Eddy. velocidad. El tipo de transductor dependerá del parámetro que se desee medir. No obstante. estado de correas u otros elementos móviles.6 Observaciones Figura 8..6 2. los electrodinámicos para medida de velocidad y los acelerómetros. Así.2K 50 3. etc. m Filtro: Octava 35 0 Rodamiento Observ.2K 2.10..2K 2. aparte de los transduc­ tores de vibración y analizadores se emplean también en mantenimiento otros equipos como termómetros.3 25 1.3.1985 Instrument. tales como temperatura.6 3..7 2... Hz (banda central) Vibración medida en funcionamiento Límite tolerable de vibración 25 3. P R O C E D IM IE N T O D E M E D ID A Definidas las rutas de medida y los puntos seleccionados en cada máquina hay que prestar especial atención a la medida misma.0 3... MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 303 Máquina: Transm..m s 1 __________ (a)..4 50 2. en oca­ siones otros parámetros pueden ser especialmente interesentes en función de la máquina. ré­ gimen de giro..8. definiendo los siguientes aspec­ tos: Tipo de tran sd u cto r. estetoscopios (para la audición del ruido en apoyos de rodamientos) o estroboscopios (para la comprobación de deslizamientos.5 25 3.8 2.2K 2.6 2.3. Ficha de mantenimiento 8..6 2...?i9S!.m-s'2 (s). X Vert..9 3.).. 1 division= (v)..5.2K 1. aceleración).5 1. 3). Sus características pueden verse en el anexo A . resultando especialmente interesantes pa- . en su caso. Este ruido mecánico y eléctrico (mechanical and electrical run-out) es introducido por factores como la rugosidad superficial. deberá usar­ se un acelerómetro. aunque también es posible usar un acelerómetro e integrar la señal. De acuerdo con los criterios citados. dado el gran tamaño de la máquina con relación al del transductor. los transductores de desplazamiento se emplean extensivamente para la medida de vibración relativa de eje.4. normalmente en parejas de dos desfasados 90° (figura 8. Los transductores de desplazamiento relativo se ins­ talan permanentemente roscados sobre el apoyo del cojinete. Los transductores electrodinámicos de velocidad son también empleados en montaje permanente en muchos casos. Si la variable de interés es la velocidad o el desplaza­ miento de la carcasa es posible usar un acelerómetro o un transductor de velocidad y realizar la integración de la señal. aunque este problema no suele darse en el caso del mantenimiento predictivo de maquinaria industrial. aunque también suelen instalarse otros en dirección axial para el control del desplazamiento axial del eje. en el analizador.11). en caso contrario se puede usar un transductor de ve­ locidad o de desplazamiento. • La frecuencia de interés: si las frecuencias que se quieren medir son eleva­ das (en general si se desean datos por encima de los 1000 Hz) habrá que usar un acelerómetro ya que su rango de validez (rango de frecuencias en el que su sensibilidad es constante) es mayor que el del transductor de ve­ locidad (figura 8. porque modifique la frecuencia natural del sistema. mientras que si el amortiguamiento es pequeño se podrá medir en la carcasa. el ovalamiento del eje o la magneti­ zación del material del eje. por su menor tamaño. La elección entre estos tipos de transductores depende de: • La variable de interés: si se trata de medir desplazamientos relativos entre eje y carcasa habrá que usar un transductor de desplazamiento de corrientes de Eddy. el acelerómetro suele ser preferible al transductor de velocidad. Esto se debe a que el rango de validez práctico del sensor se limita hasta los 500-1000 Hz (pese a que el sensor tiene un rango real superior) ya que a frecuencias superiores el despla­ zamiento es pequeño y el efecto del ruido mecánico y eléctrico elevado. • La rigidez relativa entre eje y carcasa y el amortiguamiento de la vibración: si la vibración se amortigua mucho desde el eje a la carcasa habrá que me­ dir la vibración sobre el eje con transductor de desplazamiento. • El peso del transductor: en el caso de que el peso del transductor pueda afectar a la medida.1. en cambio si se quiere medir aceleración en carcasa. especial­ mente en máquinas grandes y relativamente lentas.304 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS co. En cuanto a los acelerómetros. Además.Parámetro de medida. Frecuencia (Hz) Figura 8.11. Tienen la ven­ taja adicional de que no necesitan alimentación externa para obtener la medida. puesto que su sensibilidad es constan­ te en el rango de 10-1000 Hz (figura 8.8. por su construcción tienen problemas de roturas del muelle inter­ no y su tamaño relativamente grande los hace inadecuados en algunas aplica­ ciones. Rangos de sensibilidad constante de medidor de velocidad y acelerómetro . MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 305 ra la medida de la severidad de vibración. si se . como se ha comentado. su bajo coste y la posibili­ dad de pasar su medida a velocidad con una sola integración los convierte en los transductores más empleados para la medida de vibración en carcasa. La selección del parámetro más adecuado (desplazamiento. siendo adecuados para la detección de problemas a altas frecuencias (rodamientos y engranajes fundamentalmente). permiten la medida a frecuencias más elevadas. aceleración) puede venir condicionada en algunos casos por la normativa empleada. es posible realizar un análisis posterior sobre la medida de acelera­ ción o bien sobre las correspondientes medidas de velocidad o desplazamiento que se obtienen por integración de la primera en el analizador. velocidad. Este es el rango utilizado para la ob­ tención de la severidad de vibración por la normativa ISO 10816. Sin embargo. En los casos en que se realiza medida con acelerómetro en carcasa.11). a las que no es posi­ ble llegar con un transductor de velocidad. Por ejemplo. 306 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS usa la norma ISO 10816-3 el valor de comparación es la severidad de vibración en velocidad RMS (Root Mean Squared, valor cuadrático medio). t - jB - f B l~T - HJM1A VACIO DERECHA -»3U gtjjjjft I.EXTEBIO» tfCTTICAl. KM4TKH Critico P - P s 6 3 .B3 lo a s = l a e . a m i i 14*3. ¡tPS s 2 4 .4 2 g JC e e s s a. °r F r«cu*nc. «n kCPtl *« 6* Orán: Espe : F re c : 1 .486 .96* 15.86 (a) L-T - KJHBA VACIO DESECHA to 5 § (b) Figura 8. ¡2. Espectros de desplazamiento (a) y aceleración (b) de una misma vibración (cortesía de Preditec S. L.) 8. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 307 En el caso de que no exista una elección del parámetro condicionada por otras razones, se deberá seleccionar aquél para el cual el espectro presenta una forma más «plana», es decir, más constante en el rango de frecuencias de interés. De este modo, cualquier aparición de un pico en el mismo se detectará de forma más clara en el valor medio, habitualmente utilizado para la comparación con los niveles de alerta y alarma. Cuando se analiza un espectro para buscar un tipo de fallo el parámetro de me­ dida se seleccionará en función del rango de frecuencia en el que se manifiesta d posible fallo. Así, para ver fallos que se manifiestan a elevadas frecuencias, como son los fallos de rodamientos o engranajes se usará la aceleración en lugar i d desplazamiento o la velocidad, ya que las amplitudes relativas de la acelera­ ción en relación con la velocidad crecen linealmente con la frecuencia y las de ¡a aceleración relativas al desplazamiento cuadráticamente con la frecuencia. Como ejemplo, la figura 8.12 muestra dos espectros correspondientes a una misma medida en una máquina con un deterioro de un rodamiento, uno medido en desplazamiento (a) (en el que no se aprecia el problema) y el otro en acelera­ ción (b) en el que se ven claramente los picos indicativos del fallo en el roda­ miento. Instalación y fijación del transductor. El procedimiento de instalación o fija­ ción del transductor al punto de medida varía en función del tipo de transductor. Los transductores de desplazamiento relativo de eje se instalan normalmente roscados sobre el cojinete de forma que su punta, en la que se aloja la bobina que genera el campo magnético, esté enrasada con la superficie del cojinete «figura 8.13a). En el cojinete se realiza un achaflanado para evitar las interfe­ rencias en la señal provocadas por otras zonas metálicas que no sean las del propio eje. Cuando el montaje dentro del cojinete no es posible se recurre al montaje externo (figura 8.13b), aunque éste es menos habitual por la mayor po­ sibilidad de aparición de ruidos en la medida como consecuencia de la interpo­ sición de partículas metálicas en la zona de medida. Por el extremo opuesto a la bobina está el cable de conexión (figura 8.14a), que se conecta a un dispositivo denominado driver o proximitor (figura 8.14b), instalado fuera de la máquina y formado por un conjunto de tarjetas impresas fundidas en un bloque de resina. A su vez el driver se conecta a una fuente de alimentación de corriente continua normalmente de -24 V). El driver toma la corriente continua de la fuente y la transforma en una corriente de elevada frecuencia (generalmente senoidal de 2,5 \IH z) con la que se alimenta la bobina del sensor. La medida de la energía disi­ pada por corrientes parásitas en el eje (corrientes de Eddy o de Foucault) da una indicación de la distancia del eje al sensor, y esta señal es suministrada por el jriver al equipo de adquisición. 308 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Figura 8.13. Montaje del transductor de desplazamiento: interno (a), externo ib) Figura 8.14. Transductor de proxim idad con su correspondiente driver de conexión Por lo que respecta a la fijación de los transductores de masa sísmica (de velo­ cidad o acelerómetros), son fijados en la carcasa, lo más cerca posible de los apoyos de los ejes (figura 8.15). Debe evitarse montarlos en carcasas o tapas flexibles o no unidas de forma rígida. Como norma general, deberán fijarse a la máquina en un área tan grande como sea posible y con la mayor presión posible, con el objetivo de mejorar la transmisión de la vibración. La mejor opción en 8. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 309 cuanto a mantenimiento de la respuesta a frecuencias elevadas es atornillar el transductor (6 en la figura 8.16). Otra opción relativamente buena es pegarlo con cera o con adhesivos tipo cianocrilato o resina epoxi (5 en la figura 8.16). No debe usarse pegamento basado en caucho, dado que afecta a la respuesta en frecuencia, introduciendo amortiguamiento. Una opción intermedia es roscar el transductor a una base que a su vez se pega sobre la estructura (4 en la figura 8.16). Otras posibilidades, empleadas para mejorar la rapidez de medida, son la unión mediante una base magnética (2 y 3 en la figura 8.16) (no válido para sensores electrodinámicos) o por simple presión manual, a veces con una punta que permite mejor acceso al punto de medida (1 en la figura 8.16). Estos méto­ dos tienen, en cambio, un peor comportamiento a frecuencias elevadas, sobre todo el caso de presión manual, por lo que resultan inadecuados para la detec­ ción de fallos que se manifiestan a frecuencias elevadas (rodamiento, engrana­ jes). En la figura 8.16 se muestra la respuesta en frecuencia del sistema de me­ dida en función del montaje, observándose la zona de sensibilidad constante pa­ ra cada tipo de montaje. Los acelerómetros más usados en mantenimiento predictivo son de tipo piezoe­ léctrico y normalmente incluyen una etapa de acondicionamiento de la señal en el cuerpo del propio sensor, por lo que requieren alimentación externa que es suministrada por el analizador a través del cable de conexión. - Rango de frecuencias. El rango de frecuencias de la medida realizada es fun­ damental para una buena obtención de resultados. Un rango muy pequeño no permitirá el control de elementos que tengan sus frecuencias de deterioro fuera de ese rango, mientras que un rango excesivamente grande impedirá tener la su­ ficiente resolución espectral para emitir el diagnóstico sin otras medidas adicio­ nales. Las medidas realizadas con los transductores de vibración se concretan habi­ tualmente en el espectro de frecuencia, que contiene la información del conteni­ do en frecuencia de la vibración. Sin embargo, el espectro supone, en muchos casos, excesiva información para el seguimiento del mantenimiento, por lo que es normal definir parámetros numéricos representativos de las diferentes ano­ malías, mediante la definición de bandas de frecuencia y la obtención del valor eficaz para dichas bandas. Así, se define la banda de lxRPM tomando la parte de la vibración contenida en una zona estrecha alrededor del régimen de giro del eje principal de la máquina. El valor eficaz de la vibración en esta banda indica los problemas de desequilibrio de una forma más rápida que el valor eficaz en el rango entre 10 y 1.000 Hz. Asimismo se define la banda de 1xR PM -2 xRPM que indica problemas de desalineación u otras bandas de muy alta frecuencia (1-20 kHz) para la detección de fallos en rodamientos y engranajes. Las bandas de interés en cada máquina dependerán de las frecuencias a las que se manifies­ ten sus potenciales fallos. 310 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Figura 8.15. Montaje de transductores de masa sísm ica sobre la carcasa m i Base de Base magnética Base magnética de Base de mon- Adhesivo para Espárrago punta de dos polos un polo taje adhesivo montaje directo roscado 10 100 lk lOk lOOk Frecuencia (Hz) Figura 8.16. Efecto del tipo de montaje en la sensibilidad de un acelerómetro 8. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 311 - Sistemas de adquisición y análisis. La señal adquirida por el transductor es una señal débil de poca amplitud que debe ser acondicionada y amplificada y, en su caso, integrada (si se trata de un acelerómetro y se desea obtener veloci­ dad o desplazamiento). El paso del dominio del tiempo al dominio de la fre­ cuencia se realiza mediante la transformada rápida de Fourier (FFT) (véase el anexo A.2). Finalmente la señal es mostrada en una pantalla y/o almacenada. Básicamente existen tres tipos de equipos para realizar este proceso: • Vibrómetros. en los que sólo se pretende obtener un valor global de severi­ dad de vibración. Se trata de equipos sencillos, pequeños y portátiles, con posibilidades de medida limitadas, que sólo dan uno o varios valores globa­ les de vibración, normalmente los requeridos por la obtención de la severi­ dad de vibración. En la figura 8.17 se muestra un vibrómetro de este tipo que da dos medidas: valor eficaz de velocidad en el rango 10-1.000 Hz (de acuerdo con ISO 2372) y valor de pico promedio de aceleración entre 10kHz y 30 kHz (para la detección de problemas en rodamientos y engra­ najes). Estos equipos tienen la ventaja de su sencillez de medida. En con­ creto el equipo de la figura 8.17 lleva incorporado el propio transductor por lo que basta con apoyarlo sobre la carcasa de la máquina y esperar unos se­ gundos para tener una medida. Sin embargo, su gran inconveniente es que no permiten realizar análisis específicos ni establecer otras medidas que las incorporadas por diseño. Figura 8 .1 7. Vibrómetro 312 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS • Analizadores de vibración, analizadores dinámicos de señal o analizadores de frecuencia, que incorporan un analizador FFT para la realización de la transformación de la señal al dominio de la frecuencia, aparte de incorporar funciones de integración, establecimiento de bandas de frecuencia para la medida, presentaciones gráficas en pantalla o establecimiento de rutas de medida. Las funcionalidades dependen del equipo en concreto, permitiendo algunos de ellos la observación del espectro en tiempo real, la adquisición por más de una canal de forma simultánea y la comunicación con una base de datos residente en un ordenador. Incorporan fuentes de alimentación pa­ ra suministrar energía a aquellos sensores que lo requieren. Normalmente para el mantenimiento predictivo estos equipos son de reducido tamaño pa­ ra permitir su portabilidad, ya que el operario ha de moverse con él a través de los puntos de medida establecido en la ruta de mantenimiento predicti­ vo. En la figura 8.18 se representa un equipo analizador de este tipo. Figura 8.18. Analizador portátil para mantenimiento predictivo • Sistemas de adquisición, tratamiento y análisis de señales en tiempo real con posibilidades, en muchos casos, de actuación directa sobre las máqui­ nas en función de los resultados de las medidas. Se trata de equipos conec- MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 313 tados permanentemente a las máquinas que monitorizan.8. Equipo para monitorización y análisis permanente 8. y la comparación de su nivel de severidad de vibración. y que admiten la conexión de un número elevado de transductores de diferentes tipos. Figura 8. MÉTODOS DE ANÁLISIS La toma de medidas en los diferentes puntos seleccionados en las máquinas.19 se aprecia una imagen de un equipo de este tipo. El número de análisis posible es muy variado.4.19. por cable o inalámbricas. aunque lo habitual es empezar con el análisis de tendencias y posteriormente realizar análisis más detallados en los puntos en los que las tendencias indican un fallo incipiente.3. A continuación se describen algunas de las técnicas de análisis más habituales: . éstas deben ser almace­ nadas en el sistema de análisis y estudiadas para diagnosticar el estado de la má­ quina. Una vez adquiridas las diferentes señales en los puntos de medida. Incorporan unidades de visualización locales. junto al equipo o bien remotas. Sus posibilidades son ele­ vadas y se emplean cuando se pretende establecer un sistema de monitorización y control permanente y/o automático. no es suficiente para obtener el máximo rendimiento de un programa de mantenimiento predictivo. per­ mitiendo el establecimiento de niveles de alerta y alarma independientes en cada transductor. En la figura 8. y un límite de alarma. etc.20 muestra un gráfico de tendencia de este tipo. Habitualmente se definen dos límites para cada banda: un límite de aviso o alerta. consiste en representaciones cartesianas en las que se incluye en abscisas el tiempo (horas. su información es limitada. si el tiempo de vida que se observa tras varias sustituciones es inferior al indicado por el fabricante para esas condiciones de funcionamiento. denominado tam­ bién análisis en el dominio extendido del tiempo. La figura 8. hay que inferir que existe alguna causa que provoca este fallo prematuro y su diagnóstico sólo es posible tras otros análisis más detallados. recomendando la inspección de la máquina o la reducción del período de las inspecciones. Por ejemplo.20. años. El análisis de tendencias es el primero en el que se basa el mantenimiento pre­ dictivo. por lo que ha de complemen­ tarse con otros análisis más detallados.314 - MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Análisis de tendencias.) y en ordenadas los valores de vibración global en las diferentes ban­ das de frecuencia definidas. Permite observar la forma de la o*- . Este análisis. semanas. Gráfico de tendencia - Análisis de la onda temporal. Figura 8. que indica un valor inaceptable de vibración y que supone la parada de la máquina para su intervención. El seguimiento del estado de las máquinas se realiza en una primera fase sobre gráficos de tendencia. que indica un valor de vibración superior al normal. meses. sin embargo. Sin embargo. un análisis de tendencias puede informar sobre el fallo de un rodamiento antes de que se produzca y per­ mitir la sustitución anticipada evitando una parada inesperada. Consiste en la representación de la señal en d transductor frente al tiempo de adquisición. que dan lugar a picos elevados en la señal en el tiempo (figura 8. Onda temporal correspondiente a un problema de batimiento También los problemas de rodamientos se manifiestan por abundantes choques. Lo que ocurre en estos casos es que la vibración producida por una máquina se su­ ma a la de la otra máquina cercana . Los problemas de roces entre el eje de la máquina y alguna parte estática de la misma se manifiestan por un achatamiento de la forma de onda de desplazamiento en su parte inferior o superior.21. aproximadamente senoidal.22). en cambio. El análisis de la onda temporal también pone de manifiesto de forma muy clara los casos de vibraciones acopladas entre dos equipos cercanos con régimen de giro muy similar. con picos elevados en una zona (donde las señales se suman) y bajos en otras (donde las señales se restan). mostrará una onda en el tiempo aproximadamente senoidal y para su visualización será conveniente tomar un fondo de escala en abscisas del orden del pe­ ríodo (7) o un múltiplo pequeño (27’ . se de­ nomina frecuencia de batimiento. La frecuencia de batimiento es mucho más baja que la de las señales originales (se obtiene como diferencia entre las dos frecuencias fundamentales de las señales procedentes de las máquinas). especialmente aquellos que tienen lugar a bajas frecuencias en las que el análisis espectral no resulta adecuado. debido a la proximidad de las frecuencias de ambas. por lo que se observa muy bien en la onda temporal. Estos fallos son difíciles de detectar. especial- . El desequilibrio. 57). por ejem­ plo. casos en los que puede aparecer el fenómeno denominado bati­ miento que da lugar a vibraciones de amplitud peligrosa sobre las máquinas.21. Esto da lugar. La frecuencia de la señal envolvente. En función de la forma de la onda se pueden diagnosticar deter­ minados problemas. Tiem po (seg) Figura 8. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 315 da vibratoria. en el espectro en frecuencia. a una señal como la de la figura 8.8. ___________j___________ .1 28. -2 8 . L.. Cuando dicho defecto se produce en la máquina apa­ rece un pico en el espectro a la frecuencia correspondiente. .22. y mucha actividad a alta frecuencia.2 5 ___________. aceleración) está en función de la zona que se pre­ tende estudiar.. ---------------. La ventaja del análisis en frecuencia es que la mayor parte de los defectos se ca­ racterizan por tener un período característico.___________ ¡ ___________ L 8 48 88 128 168 288 TUPO. El análisis de los pi­ cos predominantes es la guía para el diagnóstico de las diferentes anomalías. lo que se traduce en un valor de frecuencia predominante.J Análisis de espectro. dado que en estos casos la señal en el tiempo es mucho más difícil de interpre­ tar. Otros aspectos que suminis- . Aceleración fren te al tiempo en una medida con fa llo s en el rodamiento (cortesía de Preditec S. Este análisis se hace imprescindible si la señal corresponde a una aceleración o una velocidad. La amplitud de los picos y la presencia de bandas laterales indican la severidad de los diferentes problemas (a mayor severidad la amplitud del pico aumenta y aparecen picos lateralmente al pico principal).1 ----------------. El uso de los diferentes espectros (desplazamiento. dado que el desplazamiento resalta la actividad a baja frecuencia y la aceleración en la zona de frecuencias elevadas.1 -----------------r 2 5 1---------------. velocidad. Su observación exigirá representaciones con fondo de escala del orden de 775 o 7710. El análisis del espectro de frecuencia es una de las herra­ mientas más potentes en el diagnóstico de causas de vibración.EN HSEGs Figura 8.316 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS mente en la aceleración. Por otra parte.24). MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 317 tran información a partir del espectro son la magnitud de la vibración síncrona (es decir. Éste es obtenido simultáneamente con el espectro de amplitudes al realizar la trans­ formación de la señal al dominio de la frecuencia (mediante la FFT). aquella que se manifiesta en frecuencias cercanas a los múltiplos ente­ ros de la frecuencia de giro) y asincrona (aquella que se manifiesta a frecuencias no síncronas).8. indicando la frecuencia dividida por la frecuencia de gi­ ro del eje). Las unidades utilizadas en el eje de abscisas pueden ser hertzios (Hz = s '1 ). así como en otros problemas vibratorios. El espec­ tro de fases es una curva compleja con zonas en las que la fase se mantiene constante durante un intervalo de frecuencias y otras en las que la fase varía de forma impredecible. un estroboscopio o un detector inductivo. Se denomina fase al ángulo de desfase existente entre los pi­ cos fundamentales de la señal tomada en el punto de medida. 2x. Espectros de frecuencia en un caso con desalineación (a) y en un caso de fa llo en un rodamiento (b) (cortesía de Preditec S. al igual que se representa el espectro de amplitudes de vibración en cada frecuencia también es posible representar el espectro de fases.j - Análisis de fase. L. La diferencia de fase entre diferentes puntos de medida (horizontal y vertical o vertical en ambos extremos del eje) es de gran ayuda en la distinción entre problemas de desequilibrio y desalineación. Figura 8. por .23 se representan dos ejemplos de espectro corres­ pondientes a mediciones sobre máquinas reales. revoluciones por minuto (rpm o cpm) u órdenes (lx .23. a una fre­ cuencia igual a la de giro del rotor. y los pulsos en­ viados por un tacómetro. En la figura 8. Las zonas con fase constante corresponden a fenómenos que tienen un significado físico asociado al comportamiento de la máquina. con los desfases de las diferentes frecuencias que componen la señal (figura 8. aunque la forma de la misma puede variar considerablemente si existe desequilibrio (elíptica) o desalineación (cruzada). La correcta interpretación de las órbitas exige un estudio más profun­ do que el que se puede abarcar aquí. para mejorar la visualización y suavidad de las órbitas se filtra la señal tomando sólo un estrecho margen de frecuencia al­ rededor del régimen de giro.15 0. Si las señales representadas corresponden a desplazamiento la figura de Lissajous representa el recorrido real realizado por el centro del eje. Cada vuelta del eje se realiza una marca sobre la trayectoria de Lissajous.12 0.21 Aceleración (G) 0.09 0. Si se ven varios puntos en la figura es indi­ cativo de que la velocidad de órbita no coincide con la de giro.24 0.27 0.24.06 0.03 0.00 40 80 120 160 40 80 (b) 120 160 Frecuencia (Hz) Frecuencia (Hz) (a) Figura 8. 0. Esto permite detectar si la figura de Lissajous tiene un período igual al de giro del eje o no. En ocasiones. Por debajo de la velocidad crítica la figura de Lissajous tiene normalmente el mismo período que el de gi­ ro.18 0. detectándose una única marca en la figura.25).318 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS lo que se corresponden con frecuencias en las que el espectro presenta un pico o valor apreciable. aunque hay que señalar su importancia en . lo que ocurre cuando se funciona cerca de una velocidad crítica. Espectros de am plitud (a) y de fa se (b) de una misma señal - Análisis orbital. En cambio el resto del espectro de fases es altamente aleatorio al estar asociado a zonas del espectro de frecuencias poco representativas del es­ tado de la máquina. El análisis orbital se realiza a partir de las denominadas figu­ ras de Lissajous u órbitas (figura 8. Habitualmente estas dos señales corresponden a las medidas perpendiculares entre sí en un apoyo de un eje. Estas figuras se obtienen mediante una representación cartesiana en la que en el eje de abscisas se coloca una señal y en el eje de ordenadas otra señal. convenientemente giradas si los sensores estaban a 45° respecto a la vertical como es habitual con los transductores de desplazamiento. D iagram as de Bode y Nyquist. Diagrama de Bode (a) y de Nyquist ib) durante el arranque de un compresor centrífugo Análisis modal. especialmente en cojinetes con lu­ bricación de película de aceite.8. Algunas fig u ra s de Lissajous (a) (b) Figura 8.26a). y un cambio de fase brusco simultáneo.25. puesto que se caracterizan por un pico importante en la gráfica de amplitud.26. En la resonancia . Pa­ ra ello la señal de entrada suele ser la medida en un acelerómetro como conse­ cuencia de un impacto en la máquina o de un barrido en el régimen de giro de la misma (que puede ser el del arranque o la parada). Es uno de los métodos empleados para determinar dichas frecuencias de resonancia. El análisis modal se emplea en el caso que se desea conocer las frecuencias de resonancia de un sistema. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 319 la detección de algunos tipos de problemas. Figura 8. El diagrama de Bode (figura 8. consiste en la representación de la amplitud y la fase de la señal medida frente a la frecuencia. Los puntos más alejados del centro corresponden a las posiciones en las que se da la resonancia. El diagrama de Nyquist (figura 8. en la que la amplitud de vibración a cada frecuencia es la distancia al ori­ gen y la fase es el ángulo con la dirección radial de referencia indicada por la posición del acelerómetro. Los diagramas de espectro en cascada son gráficos tridimensionales en los que se representan los espectros obtenidos.26b) es una representación alternativa de esta misma información que permite resaltar la fase. Diagrama de espectro en cascada correspondiente al arranque de una máquina . Análisis de espectro en cascada. durante el arranque o la parada de la máquina (figura 8. En el caso teórico de un sistema vibrante de 1 grado de libertad el diagrama de Nyquist es un círculo. aunque sigue mostrando una forma aproximadamente circular. En la realidad su forma es algo más complicada debido a que la máquina presenta más de un grado de libertad. Frecuencia (ciclos/min) x 1000 Figura 8.27. a in­ tervalos de tiempo o velocidad constante.320 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS aparece un valor de desfase de 90° entre la señal de excitación y la de respuesta (-270° en la figura). Consiste en una representación polar.27). análisis SEE y análisis REBAM. algunos de ellos utilizados por equipos específicos de algunas marcas. El análisis de Kurtosis se basa en el uso de un parámetro estadístico con este nombre. aunque esto puede solventarse realizando una re­ presentación tridimensional. El análisis de Spike Energy se emplea para la detección de fallos en rodamien­ tos. por lo que presenta un crecimiento en el caso de deterioro de los rodamientos. como son el análisis de Kurtosis. por tanto. pero sí los fallos incipientes que suponen choques. análisis Cepstrum. El análisis SEE (Spectral Emited Energy) es una tecnología desarrollada por la empresa de rodamientos SKF. detectándose. por lo que se ma­ nifiestan con frecuencias elevadas y desplazamientos pequeños. al aparecer picos de elevada frecuencia. La duración de estos impactos es pequeña.O tros análisis. Este parámetro crece cuantos más pi­ cos hay en la señal. Aparte de los métodos de análisis citados hasta aquí. dos escalas. En la figura 8. aunque se suele añadir SE para indicar que se trata de una señal filtrada para altas frecuen­ cias (gSE). adecuada para la detección precoz de fallos en rodamientos en sus primeros estadios. que pueden no verse claramente en el espec­ tro de frecuencia por superposición con otros picos de origen diferente. entre otras cosas el paso por las velocidades críticas o la desaparición de picos correspondientes a fenómenos eléctricos cuando se corta la corriente.8.28 se observa un espectro correspondiente a un fallo en un engranaje en el que aparecen estas bandas laterales. El crecimiento del parámetro Spike Energy es un indicador de un deterioro en los rodamientos. Se basa en medidas de alta frecuencia (entre 250 y 350 kHz) en las que ya no se manifiestan mucho problemas habi­ tuales de las máquinas. con . aplicado a la señal en el tiempo. existen otros métodos de análisis más modernos. picos en el espectro equidistantes a intervalos pequeños de frecuencia alrededor de un pico principal que aparece a una frecuencia elevada. La medida de Spike Energy se obtiene filtrando la señal de aceleración para frecuencias ele­ vadas (por encima de 1 kHz). es decir. una de velocidad y otra de amplitud de la vibración. Normalmente el valor resultan­ te se expresa en g 's (número de veces la aceleración de la gravedad). obteniendo la envolvente de la señal en el tiempo filtrada y finalmente calculando su valor medio. Cuando un rodamiento se deteriora se producen choques o impactos en los cuerpos rodantes. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 321 El eje vertical de la gráfica tiene. análisis de Spike Energy. típicos de problemas en engranajes o rodamientos. . Este diagrama permite estudiar la evolución del espectro durante los transitorios de la máquina. Permite resaltar como un sólo pico la energía asociada a múl­ tiples picos laterales equidistantes. El análisis Cepstrum se trata de una técnica muy especializada para la detección de problemas que se manifiestan en el espectro como bandas laterales alrededor de un pico en la zona de alta frecuencia. El Cepstrum se obtiene median­ te la transformada de Fourier del espectro de frecuencia (algo así como el espec­ tro del espectro). 8 .0 MPM « 507. Se basa en la medida de las pequeñas deflexiones que se producen en la pista externa del rodamiento. 2 .8 1 .322 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS emisiones de alta frecuencia. roces.. El transductor ha de ser de sensibilidad elevada.3.98 CARGA * 100. i 0 . BASES DE DATOS E INFORMES Los datos resultantes de las medidas realizadas periódicamente en las diferentes rutas y los correspondientes a los análisis más detallados deberán ser cuidadosa­ mente almacenados para su posterior consulta cuando sea necesario..28.) La tecnología REBAM (Rolling Element Bearing Activity Monitor) fue desarro­ llada por la empresa Bentley Nevada para la detección de fallos en rodamientos.3 e FREQUENCY IM CPU LABEL» BATIDAS LATERALES A 307CPH C1XRPM iaaatt 10000 qrbr* TREQí SPEC» DFRQi 6154.6 9. o 2.13 C=GM BANDAS LAT : 6769.. tal como indica la figura 8.887 387. L. que son del orden de unas pocas mieras (entre 0. mediante la instalación de un transductor de desplaza­ miento relativo en el soporte del mismo.1 se.5 1. RPS = 5. tales como grietas.4 Figura 8. fati­ ga superficial en engranajes.5. El análisis . 8. falta de lubricación. Espectro con bandas laterales (cortesía de Preditec S.1 .29. CALANDRA LAMINADOR» 2.5 y 8 típicamente).7 2. para ser capaz de medir las pe­ queñas deflexiones que se producen en la pista. U 1 v> 1 .ee 2.4 CALAN»» -C3H CALANDRA EJE SUPERIOR LO HRZHTL SPECTRU* &ISPLAY CCCCC RMS * 2. 9 . Una correcta definición de las bandas de frecuencia permitirá ya en una primera fase tener una . Existen paquetes informáticos que incorporan todo esto en una única base de datos constituyendo un entorno de ayuda al mantenimiento. Dichos paquetes incluyen utilidades de impresión y generación de informes que son necesarios para dar las órdenes de intervención resultantes del diagnóstico de problemas realizado. Posición opcional del segundo sensor 8. el manejo de abundante información técnica obtenida del inventario de las máquinas. Las bases de datos y los programas de ayuda al análisis y diagnóstico de averías son las dos aplicaciones más empleadas en este campo. se estudia la forma de detectar las diferentes anomalías de funcionamiento más comunes de una máquina.4. Si el programa de mantenimiento predictivo incluye un número considerable de máquinas la información se multipli­ ca y la ayuda de sistemas informáticos se hace necesaria. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 323 detallado de problemas exige. por otra parte. DIAGNÓSTICO DE CAUSAS DE VIBRACIÓN En este apartado. pasándose a un análisis más detallado en el caso de alcanzarse límites de aviso en dicho gráfico. El análisis se inicia siempre con los gráficos de tendencia.8. a partir del análisis de las medidas vibratorias adquiridas en el marco del programa de mantenimiento predictivo. ) para establecer las causas del malestar del paciente y de sus síntomas. deterioros o roturas de palas o alabes. acumulación de suciedad o depósitos. El desequilibrio estático se da siempre que la resultante de las fuerzas de inercia del rotor no sea nula.1. Estas fuerzas de inercia giran con el rotor transmitiéndose a los apoyos de los ejes y provocando una vibración de la máquina.30a). correctamente interpretados.324 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS idea aproximada de cuál puede ser el origen del problema.30b). A continuación se analizan los problemas más habituales en mantenimiento de maquinaria y su diagnóstico a partir del análisis de las medidas vibratorias. ori­ na. Como se vio en el apartado 7. lo que puede corrobo­ rarse posteriormente con el uso de las diferentes técnicas de análisis especializadas vistas en el apartado anterior. . la confluencia de una serie de valores en los paráme­ tros analíticos. Se tra­ tan en primer lugar los problemas asociados a frecuencias características bajas (cercanas a la del régimen de giro o sus primeros múltiplos). El caso más general de desequilibrio es aquél en el que concurren simultáneamente un desequilibrio estáti­ co y uno dinámico (figura 8. existen dos tipos de desequilibrio.4. Posteriormente se tratan los dos fallos característicos que se manifiestan a alta frecuencia (rodamientos y engrana­ jes). El desequilibrio es una de las causas más frecuentes de vibración en sistemas giratorios como cigüeñales. Sin embargo. ventiladores. Al igual que en el ejemplo de la medicina no existe un clasificación exacta de enfermedades a partir de una serie de valores obtenidos de los análisis. etc.30c). DESEQUILIBRIO DE ROTORES El desequilibrio se debe a la presencia de fuerzas de inercia no compensadas en elementos rotatorios debido a una mala distribución de la masa. El trabajo del ingeniero de mantenimiento en este sentido es muy similar al de un médico que utiliza diferentes análisis (sangre. El desequilibrio dinámico existirá siempre que se produzca un momento no nulo debido a las fuerzas de inercia del sistema (figura 8. sirve al ingeniero para establecer las causas más probables de los síntomas observados (en este caso un aumento de la vibración). aunque también puede darse el caso general en el que aparece una combinación de ambos. En este caso el paciente es la máquina y los análisis son los efectuados en el programa de mantenimiento predictivo. el desequili­ brio estático y el dinámico. Para finalizar se estudian de forma introductoria algunos de los problemas típicos específicos de las máquinas con cojinetes de fricción. Si el rotor tiene su masa distribuida de tal modo que el centro de masas coincide con el eje de giro existirá equilibrio estático y en caso contrario existirá desequilibrio estático (figura 8. pudiendo deberse a defectos de fabricación. hélices.3. como son los habitua­ les problemas de desequilibrio o desalineación. 8. etc. rotores de turbinas y compresores. 3xRPM. ésta es aproximadamente coincidente a ambos la­ dos del acoplamiento (entre motor y rotor). correspondiente al ángulo físico entre ambas (ya que en cada una el pico de vibración se producirá cuando pase por el transductor la fuerza de inercia desequilibrada). . es aproximadamente senoi­ dal. En cuanto a la onda en el tiempo. La diferencia entre las lecturas de fase en las medidas horizontal y vertical en un mis­ mo apoyo será de unos 90°. con mayor amplitud en la dirección de menor rigidez si el rotor presenta rigideces dife­ rentes en cada eje. y una amplitud baja de los armónicos (2xRPM. dinámico fb) y general (c) El desequilibrio se caracteriza en el análisis espectral por una elevada amplitud a una frecuencia de lxRPM (orden 1). con forma aproximadamente circular o elíptica. así como un bajo nivel de vibración no síncrona (a fre­ cuencias no múltiplos enteros de la de régimen) y subsíncrona (a frecuencias infe­ riores a la de régimen). En un caso de desequilibrio general las fases no coincidirán ni serán opuestas. La órbita que se puede ver en los problemas de desequilibrio es sencilla. con un período correspondiente al de régimen de giro del eje desequilibrado. Los niveles de vibración axial son de pequeña amplitud en rela­ ción con los radiales.). La vibración se manifiesta en las direcciones radiales. lo que permite distinguir de un proble­ ma de desalineación en el que la fase varía a ambos lados del acoplamiento. etc. Desequilibrio estático (a). Por lo que respecta a la fase.30. En cambio si el desequilibrio es dinámico las fases serán opuestas (diferencia de 180° aproximadamente) en ambos extremos. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 325 ■ ■ ZFh =0 IM (Fr:)t 0 i 11 (a) (b) 1 2 W (F 11 V t)1=0 J (c) 12 Figura 8. La figura 8. En el caso de desequilibrio estático la fase coincidirá aproximadamente en las medidas radiales en los apoyos de los dos extremos del eje.31 muestra el espectro y la forma de onda correspondiente a un pro­ blema de desequilibrio en una ventilador de secado.8. 326 e i-« 2 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS E V B F . Un ejemplo claro de este problema es el caso de poleas excéntricas.W E NT . F I N A L S E C A D O E S P A T O -MiH VEHTI 1 A P O S I.8S 1.4.a R P M = 28/6. Así. EXCENTRICIDAD Se denomina excentricidad a la no coincidencia entre el eje de giro y el eje geométrico de un elemento unido a un eje giratorio.32a muestra una polea conducida excéntrica en una posición determinada (línea continua) y en otra posición (línea de puntos) cuando la polea ha girado media vuelta.2.) 8. pueden reaparecer de nuevo las vibraciones al cambiar la carga. al existir excentricidad). Puede deberse a un posicionamiento incorrecto en una polea o en una rueda dentada o también al desgaste des­ igual en el caso de una polea. por lo que. Al no coincidir el centro de la superficie de la polea y el centro de rotación (es decir. En el espectro se manifiesta con un pico a lxRPM. La figura 8.59 48880 c_> U 1 en H h v f o m D i »pl*4 TIME IN M S E C S 88 128 168 288 Freq: Ordr: Spec : 2876. por lo que puede confundir­ se con un desequilibrio.8 88 Figura 8. POLEA H O B I Z O W T A t S w e t r u H ¡)i»pl*y -• R M S = 22.3 22. si se corri­ ge mediante un equilibrado. L.99 CASCA : 1 88.31. aunque la magnitud de la vibración que se mide depende en muchos casos de la carga. las tensio­ nes en los ramales de la correa (figura 8.. UPS = 34. la superficie de la polea sufre un movimiento de alternancia que produce una oscilación en la longitud de la correa. D esequilibrio en un ventilador de secado (cortesía de Preditec S.32b) varían con la posición de la polea . De hecho es un desequilibrio. Esta excentricidad da lugar a un entrehierro no uniforme y por tanto a un desequilibrio en el campo magnético.4. La amplitud de vibración aumenta con la carga y desaparece al suprimir la corriente eléctrica. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 327 excéntrica. Como se ha dicho. la diferencia de fase será aproximadamente 90°. independientemente del número de polos del estator. Este problema se manifiesta. a una frecuencia doble de la de la red eléctrica (en Europa.32. Este desequilibrio de fuerzas magnéticas da lugar a la apa­ rición de fuerzas magnéticas desequilibradas y variables en lugar de sólo un par de fuerzas que sería lo correcto. en el caso de desequilibrio. Estas fuerzas sobre el eje que son variables con la posición provocan vibraciones importantes cuya magnitud depen­ de. Figura 8.8. ENTREHIERRO NO UNIFORME EN MOTORES ELÉCTRICOS En motores eléctricos puede existir excentricidad entre el rotor y el estator.3. entre otros factores. . Problema de excentricidad en una polea Una forma de poner de manifiesto la diferencia entre la excentricidad y el des­ equilibrio en el caso de poleas es quitar la correa. 100 Hz). mientras que en el caso de una polea o rueda dentada excéntrica será aproximadamente nula. También. para distinguir la excentri­ cidad del desequilibrio puede recurrirse a una medida de fase en las dos señales radiales (horizontal y vertical). provocando en el eje fuerzas oscilantes aunque la carga sea constante y el régimen de funcionamiento sea estacionario. Esto se debe a que la ex­ centricidad provoca una excitación periódica con una dirección de la fuerza (direc­ ción de las ramas de la correa o de la línea de presión) constante. por las propias caracte­ rísticas constructivas del motor. viéndose el máximo simultáneamente en ambos puntos de medida. 8. Al quitar la correa se elimina la fuente de las fuerzas variables sobre el eje y se observará una disminución impor­ tante en el armónico de la velocidad de giro. de la excentricidad. la aparición de un entrehierro no uniforme. RUTft -ft-1 0. la pata mal anclada puede ocasionar la deformación del estator y. En ocasiones un motor con una pata mal anclada puede mostrar este síntoma.34.00400 106.002612 PULG/S i3 - PROMEDIO PULG/SEG PICO 0. 200 Figura 8.00 CN A . la fase en la medida axial en ambos extremos será opuesta. existirá vibración considerable en dirección axial. Espectro de vibración de un motor con entrehierro no uniforme 8.34 (obsérvese que.4.33.0 HZ 0. mientras que en la medida radial . EJE DEFORMADO Este problema se manifiesta cuando por dilataciones. como puede verse en la represen­ tación exagerada de la figura 8. a diferencia del desequilibrio. Además. PU NTO ID : F. por tanto.4. sobrecargas o defectos de fabricación se produce una flexión del eje como se muestra en la figura 8.34.328 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS por lo que se puede detectar en un análisis de espectro en cascada durante la parada del motor. 180. 140. Movimiento y efecto sobre ¡os apoyos de un eje doblado En el espectro se manifiesta a una frecuencia de lxRPM pero.-4*1_i tH N ‘ ZE v O © o © 20. Figura 8. En efecto. 8. .94 LOAD-100. Espectro correspondiente a un problem a de desalineación (cortesía de Preditec S.RODILLO GUIA 1 RODILLO G1-R1V RODILLO LC EXTERIOR VERTICAL Rouia Spectium 18 16 OVRALL. en la medida axial llevan sentidos opuestos. GEB1 . La desalineación provoca desplazamientos laterales de los ejes. RPS ■ 38.35.5. En este caso.67 k O 10 *5 oc 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 18 18 20 22 Fioquancy In Ordar Figura 8. D E S A L IN E A C IO N La desalineación es.2108 V-DG RMS * 20. izquierda y derecha). MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 329 la aceleración en ambos extremos lleva el mismo sentido. uno de los problemas más habituales en las máquinas.) 8. A veces si sólo está acce­ sible uno de los extremos del eje se realizan medidas de fase en este extremo en cuatro puntos (arriba.0 C 12 RPM < * 2200. abajo. lo que equivale aun desfase de 180°). la presencia de un eje deformado se caracteriza por una variación importante de la fase entre medidas opuestas.4. L. tras el desequilibrio. Sin embargo.330 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS provocando a largo plazo desgastes de los cojinetes o rodamientos. tanto más cuanto más crece la compo­ nente de vibración a 2xRPM. Las holguras pueden producirse en los elementos rotativos o en los elementos estructurales. doblado de los ejes. desalineación u otra fuerza excitadora. la vibración axial puede ser importante. En cam­ bio la fase en la vibración radial en ambos extremos del eje está en contrafase.36).6. en la desalineación angular predomina ligeramente la componente lxRPM mientras que en la paralela la 2xRPM es más importante. H O L G U R A S Las holguras mecánicas pueden deberse a factores como falta de apriete entre diferentes elementos mecánicos (tomillos. la fase a ambos lados del acoplamiento medida en la misma dirección será diferente. roturas o desgastes excesivos en los acoplamientos.4. En la figura 8. estando en fase en ambos extremos del eje si se mide en ambos en la misma posición angular y el mismo sentido (ver figura 8. a diferencia de lo que ocurre en el desequilibrio. En ambos casos pueden presentar­ se armónicos superiores de menor amplitud. Cuando se produce un caso de desequilibrio. 8. es decir. Por otra parte. anclajes de máquina) o a desgastes que introducen juegos excesivos entre las piezas. desfasada 180° (figura 8. Dado que la componente lxRPM sue­ le ser importante. especialmente en el caso de desalineación angular. . Debido a la periodicidad de las deformaciones que se producen en cada caso.35 se muestra un espectro típico correspondiente a un problema de desalineación. produciendo una amplificación de las vibraciones como consecuencia de un pequeño desequilibrio.36). lo que permite distinguir ambos problemas. puede confundirse con desequilibrio. dando lugar a diferentes características espectrales. La desalineación se manifiesta en el espectro por una fuerte vibración en las di­ recciones axiales y radiales fundamentalmente a lxRPM y 2xRPM. las órbitas presentan formas con elipses más aplanadas o formas de banana. aparte de mayor consumo eléctrico. 5xRPM . y si la holgura es muy severa aparecen subarmónicos (figura 8. pero a medida que la severidad de la holgura crece aumenta el pico de lxRPM y los correspondientes a los medios armónicos.) Otro tipo de holguras son las estructurales. además.5xRPM. 8CR -BOMBADE CRUDOG 02-J-121 G-M2V MOTOR LA VERTICAL Figura 8. medios armónicos (l. llegando a ser mayores que ésta. Espectro de un caso con holguras severas (cortesía de Preditec S. 2.37). creciendo las componentes de 2xRPM y 3xRPM respecto a la de lxRPM con el aumento de la holgura. Una buena comprobación de si existe . La dirección de vibración predomi­ nante es la radial. L. Con holguras relativamente pequeñas no suelen aparecer medios armónicos ni subarmónicos.37. etc. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 331 Las holguras en los elementos rotativos se caracterizan por presentar abundante actividad espectral en una gran cantidad de armónicos de la frecuencia de giro (hasta 4xRPM o 5xRPM) pudiendo existir.) y subarmónicos (0. La actividad espectral se concentra igualmente en los primeros armónicos de la velocidad de giro.8.5xRPM). que se producen por tomillos mal apretados en patas de anclaje o en cajeras de rodamientos. desalineación. cuyos orígenes pueden ser diversos (desequilibrio. indicará una buena unión. El desequilibrio de un rotor es una de las causas habituales que alimentan fenó­ menos de resonancia cuando la frecuencia de giro de la máquina (frecuencia de las fuerzas de inercia desequilibradas) excita alguno de los modos naturales de vibra­ ción del sistema. variando considerablemente la medida en el caso de existir holguras. 8.38.4. Excitación de resonancias p o r un problem a de desequilibrio . uno de cada uno de los elementos.7. Si las lecturas de espectro y fase son similares en la misma dirección a ambos lados de la unión. Segundo modo Figura 8.332 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS holgura entre dos elementos estructurales unidos entre sí es la realización de medi­ das en las tres direcciones en dos puntos cercanos a la unión. etc. R E S O N A N C IA El problema de la resonancia se da cuando en una máquina existen fuerzas exci­ tadoras variables con el tiempo.) y cuya frecuencia de repetición es similar a alguna de las pri­ meras frecuencias naturales de la máquina. Los modos naturales de vibración son las disposiciones que adop­ ta el rotor cuando vibra a sus frecuencias naturales (cuyo valor es característico del material y geometría del sistema). siendo éste más excitado por el giro del sistema. se repre­ senta el diagrama de Bode con la frecuencia de giro frente a la amplitud y la fa­ se. aunque en el campo del mantenimiento predictivo se utilizan técnicas más simplificadas que permiten obtener las frecuencias naturales de forma aproximada aunque no los modos de vibración. es el terce­ ro. La determinación de las frecuencias y modos naturales de vibración de una má­ quina es una tarea importante para el diagnóstico del problema de resonancia. así como el régimen de giro de la máquina.38 se muestra un sencillo ejemplo de un rotor con dos masas des­ equilibradas. En la parte superior la orientación del desequilibrio en ambas masas tiene la misma dirección. observándose el pico caracte­ . por lo que la deformación del sistema se acerca más al segundo modo. En este caso es más peligroso el funcionamiento a una frecuencia de giro cercana a la segunda frecuencia natural de vibración. Para ello existe una técnica experimental específica denominada análisis modal. Este ensayo se realiza midiendo la amplitud de vibración medida por el transductor y la fase de la misma. caso K=0). En la figura 8. El fenómeno de resonancia del eje puede ocasionar amplitudes de vibración muy elevadas y llegar a producir otros problemas como roces del eje con partes fijas. si el rotor ha de girar a un régimen de giro cercano a la frecuencia del primer modo de vibración. de forma que el primer modo importante que introduce una flexión del eje. Para ello se requiere el uso de un transductor. Básicamente hay dos opciones: Realizar un ensayo de arranque o parada de la máquina.39. Finalmente. Los dos primeros modos naturales de vibración de este sistema se muestran en la figura en línea continua (primer modo) y discontinua (segundo mo­ do). La vibración debida a estos primeros modos es poco importante porque es absorbida por el apoyo.40 se observa el resultado de un test de arranque de una máquina. en este caso se produce el fenómeno de resonancia incrementándose de forma muy notable las deformaciones y vibraciones del sistema.8. En ejes más rígidos que los del ejemplo anterior y con apoyos menos rígidos. excitando el primer modo de vibración. Estas técnicas se basan en el uso del diagrama de Bode o del espectro en cascada. Este desequilibrio será muy peligroso. El sistema tenderá a deformarse de forma parecida a como indica la línea continua. por tanto. o pasos por resonancia. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 333 En la figura 8. un tacómetro y un analizador FFT. En efecto. la flexibilidad del apoyo hace que los modos de vibración iniciales no supongan flexiones importantes del eje (ver figura 8. Los puntos en los que se observe un pico elevado en el diagrama de ampli­ tudes junto con un cambio brusco de fase corresponden a frecuencias naturales de vibración del sistema. En la parte inferior la orientación del desequilibrio en ambas masas es opuesta. Esto suele ocurrir en máquinas con cojinetes de deslizamiento lubricados por aceite. En este caso la máquina está parada y se gol­ pea con un martillo de goma en aquellos puntos que puedan excitar los modos naturales de vibración. También es posible detectar las frecuen­ cias naturales en el diagrama de espectro en cascada.39. Los picos observados en el espectro indican las posibles fre­ cuencias de resonancia. Realizar un ensayo de impacto.334 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS - rístico de la frecuencia de resonancia.^ K = oo Figura 8.vibración de los apoyos 1 2 3 K= 0 ---. a la vez que se mide la respuesta en un acelerómetro con un analizador FFT. Modo de R ig id e z ^ . Modos de vibración de ejes en función de la rigidez K de los apoyos En general el fenómeno de resonancia se caracteriza por una amplitud de vibra­ ción elevada en la componente lxRPM. ya que durante el arranque se producirán incrementos en la amplitud al pasar por las frecuencias de reso­ nancia. Puede golpearse en varios puntos para comparar los es­ pectros y obtener una mayor seguridad sobre las frecuencias de resonancia.Rigidez baja --- \ Rigidez elevada ^ -----------. Si la máquina funciona a velocidad por debajo de la primera frecuencia natural (lo que es habitual en gran parte de las má­ quinas) un incremento de la velocidad supondrá un incremento en el nivel de vi­ / _____ . MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 335 bración. ya que la máquina se acercará al punto de resonancia (ver figura 8. hasta que la sección resistente se reduce tanto que se produce la rotura del eje. L. Figura 8. Debe procurarse en estos casos que el arranque sea lo más rá­ pido posible para evitar que la resonancia llegue a producir amplitudes excesivas.40). En este último tipo de máquinas la resonancia será apreciable durante el arranque ya que se producirá un incremento de vibración durante el paso por la frecuencia natural del sistema. siendo una posible causa de accidentes graves. Las grietas suelen empezar por zonas de concentración de tensiones como cambios de sección.4.8. esto no ocurre si la frecuencia normal de funcionamiento de la máquina es supercrítica (por encima de la primera frecuencia de resonancia) ya que en este caso un incremento de la velocidad supone un decremento en el nivel de vibración. aumentando su tamaño. Por ello una detección de los problemas de . tanto en daños materiales como humanos. Estas grietas progresan con el tiempo.8.40. Test de arranque de una máquina (cortesía de Preditec S. Sin embargo. E JE A G R IE T A D O La aparición de grietas en los ejes es un fenómeno habitual debido a los pro­ blemas de fatiga comunes a cualquier pieza mecánica sometida a esfuerzos alter­ nantes. Los accidentes de rotura de eje por fatiga pueden llegar a ser muy costosos.) 8. chaveteros o defectos superficiales. es decir. por lo que la amplitud de vibración del espectro en lxRPM se ve afectada. En la figura 8. Figura 8. . Este cambio de rigidez provoca a su vez cambios en la frecuencia natu­ ral de sistema. Esto provoca una respuesta del eje diferente que se repite cada media vuelta. Cuando aparece una grieta en un eje se produce una disminución en la rigidez del mismo. con una frecuencia doble al régimen de giro (2xRPM). a medida que la grieta progresa. En efecto. la detección por técnicas de vibraciones tiene la ventaja de que no requieren parar la máquina. Aunque existen técnicas no destructivas basa­ das en ultrasonidos o líquidos penetrantes. pudiéndose observar que los cambios de amplitud y fase en la vibración pueden ser diferentes en función del régimen de funcionamiento.41 se muestra un ejemplo de los cambios que pueden producirse en los diagramas de Bode del eje con la aparición de una grieta. El cambio depende de la magnitud de la grieta.42.336 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS aparición de grietas es fundamental.41. del régimen de funciona­ miento y de la frecuencia natural del eje original y agrietado. la rigidez del eje agrietado deja de ser la misma en cualquier dirección radial. como puede observarse en la figura 8. De esta forma existen dos rigideces de diferente valor en direcciones perpendiculares. Cambios en el diagrama de Bode de un eje agrietado (baja rigidez) respecto al mismo eje sin defecto (alta rigidez) Otro de los síntomas típicos de un eje agrietado es un incremento de la compo­ nente de vibración 2xRPM. Roces entre rotor y estator . Rigidez asimétrica en un eje agrietado Rozamiento radial Rozamiento Figura 8.43.42.8. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 337 Sección remanente del eje Líneas de avance de grieta Frente de grieta Figura 8. como ya se vio en la figura 8. Los roces axiales provocan en general vibraciones de frecuencias elevadas.41). En muchos casos el roce tiene lugar entre superficies no lubricadas por lo que puede provocar calenta­ mientos elevados y daños importantes (doblado de eje. como puede comprobarse fácilmente realizando el desarrollo de Fourier de la señal se­ noidal truncada.4. dilataciones diferencia­ les) que provoca un cambio en la trayectoria del rotor. En función de la dirección de la fuerza normal que se produce el roce puede ser radial. al cambiar el número de puntos de apoyo o contacto con el estator. resonancia. 4xRPM). Los roces a velocidades superiores a la crítica (primera frecuencia de resonancia del sistema) se caracterizan por la aparición también de vibración subsíncrona (a frecuencias inferiores a la del régimen de giro: l/2xRPM . El truncamiento provoca la aparición en el espectro de picos importantes en los primeros armónicos del régimen de giro (2xRPM. provocando el contacto del mismo con alguna parte del estator no prevista en el diseño.44. l/3xRPM. También se aprecia este trun­ camiento en el diagrama orbital. El contacto puede ser durante sólo una frac­ ción del giro (roce parcial o intermitente) o durante todo el ciclo (roce completo o permanente). provoca un cambio en las frecuencias naturales de vibración.9. El fenómeno del roce se debe habitualmente a la existencia de algún otro tipo de problema (desalineación. Este choque provoca una vibración subarmónica (por debajo del régimen de giro) que se manifiesta en el espectro con un pico a l/2xRPM y en la órbita por la aparición de un punto de cruce. durante la duración del mismo. desgaste elevado o fundi­ ción local). aunque es más habitual el roce parcial.338 8. Esto puede aumentar o disminuir el nivel de vibración en función de que el rotor gire a velocidades subcríticas o supercríticas (ver figura 8.43). Muchas veces las frecuencias son claramente audibles como un chirri- . 3xRPM. Un roce radial suave provoca una variación en la forma de la onda de desplaza­ miento caracterizada por un truncamiento de la misma debido a la limitación del desplazamiento. desequilibrio. R O C E S MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Los roces corresponden a contactos intermitentes o permanentes entre el rotor y alguna pieza del estator de la máquina. achatándose la elipse de la órbita por la zona del contacto. Si el roce radial es más severo se producirá un rebote del rotor al producirse un choque del mismo con el estator. l/4xRPM u otras) debido a que los choques que se producen durante el roce actúan como gol­ pes de un martillo. El roce provoca un cambio. en la rigidez del ro­ tor. por la aparición del fenómeno de adherencia-deslizamiento (stick-slip ) similar al que ocurre cuando hacemos rozar un bastón por el suelo delante nuestro a la vez que caminamos. Por la misma razón se producen también cambios en la fase de la vibración. como se aprecia en la figura 8. Este cambio de rigidez. axial o combinado (figura 8.41. excitando frecuencias naturales de vibración del rotor (en este caso inferiores al régimen de giro). el impacto axial. en inglés Gear Mesh Frequency (GMF). que indica el número de veces por unidad de tiempo que contacta un diente determinado del piñón con cualquier diente de la corona. dado que se combinan frecuencias como las de giro de varios ejes. La frecuencia de engrane. definida como: - - . F A L L O E N E N G R A N A JE S La actividad espectral existente en reductores o elementos con engranajes suele ser elevada. 8. Existen cinco frecuencias fundamentales en el análisis de las vibra­ ciones procedentes de las propias ruedas dentadas: La frecuencia de giro del piñón. el deterioro de un diente. que indica el número de veces por unidad de tiempo que contacta un diente determinado de la corona con cual­ quiera del piñón. las de contacto entre dientes. Los fallos aso­ ciados al propio engranaje pueden deberse a causas como el impacto radial debido a la excentricidad. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 339 do.4. o la interferencia entre dientes.10.8. etc. En las órbitas se aprecia esta vibración de alta frecuencia por la aparición de un rizado en las mismas. n2. las de los rodamientos de los apoyos. n¡. La frecuencia de giro de la corona. 5. . 11 y 14 de la corona y los dientes 3. Cuando se desmonta el engranaje. en general. La frecuencia de fase de ensamblaje indica la frecuencia a la que se produce el engrane entre dos dientes de un mismo grupo o fase de ensamblaje. luego con el 13. En este caso. la GMF es única para una pareja piñóncorona. 6. Cuando el diente 1 del piñón vuelva a contactar con la corona. Con estos mismos dientes en­ granan los dientes 4 y 7 del piñón. ya que puede producir cambios en el nivel de vibración del sistema de engranajes. es decir. Como se observa. Por ejem­ plo para un eje girando a 9.000 rpm con un piñón de 20 dientes será de 180. 9. Esto indica que cada segundo 3.45). se irán produciendo el contacto del diente 2 del pi­ ñón con el 2 de la corona.000 rpm. 8. Ello ocurriría. 4.000 parejas de dientes en­ tran en contacto. y el engranaje empieza a girar. Esta frecuencia es la más característica en la detección de pro­ blemas de engranajes.2] donde NE es el número de fases de ensamblaje. por ejemplo. 5 y 8 del piñón sólo contactan con los 2. 3 grupos de dientes que contactan entre ellos y sólo entre ellos repetiti­ vamente. La GMF indica la frecuencia con la que se produce el contacto de una nueva pareja de dientes y es. que representa las diferentes formas en que pueden engranar el piñón y la corona y que se calcula como el máximo común divisor entre el número de dientes de ambos. En general esto no es conveniente. como puede verse en la figura 8. En muchos casos se . si ponemos inicialmente en con­ tacto el diente 1 del piñón con el 2 de la corona (en lugar de con el 1. Por otra parte los dientes 2. (ver figura 8. luego con el 7 y en la siguiente de nuevo con el 1.340 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS GMF = z. el engranaje considerado tiene 3 fases de ensamblaje (N¿=3).1 ] donde z es el número de dientes de la rueda dentada y n la velocidad angular del eje correspondiente. considére­ se el caso de un piñón con 9 dientes y una corona con 15 dientes. 6 y 9 del piñón con los 3. 10 y 13 de la corona. y en la siguiente vuelta con el 4. es decir. etc. lo hará con el diente 10 de ésta. 7. 3 del piñón con 3 de la corona. Se puede comprobar que 3 es el máximo común divisor entre 15 y 9. si el diente 1 del piñón se pone inicialmente en contacto con el 1 de la corona.45). el diente 1 del piñón sólo con­ tacta con los dientes 1. una frecuencia muy elevada. • «j = z 2 ■ n2 [8. que indica la frecuencia correspon­ diente al desgaste entre dientes del piñón y de la corona que engranan entre sí en un ciclo de funcionamiento y que se calcula como: r r r GMF FFE = ------Ne [8.Frecuencia de fase de ensamblaje (FFE). es posible cambiar la fase de ensamblaje al volver al montarlo. Como se observa. como se ha indicado antes). 3 kHz. Por tanto. 12 y 15 de la corona. Para entender mejor el concepto de frecuencia de fase de ensamblaje. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 341 evita esta posibilidad haciendo que los números de dientes de rueda y piñón no tengan divisor común (en cuyo caso el número de fases de ensamblaje es 1).4] y sustituyendo en la expresión anterior se obtiene: . En la figura 8. z^ ) • m cd (Zj. la FRD se calculará como: GMF FRD = m cm (ZyZ^) [8. instante en el que se volverá a repetir el contacto entre la misma pareja de dientes.45 esto ocurrirá cuando hayan en­ granado un número de parejas de dientes igual al mínimo común múltiplo entre z¡ y Z2. Si no es así. Dientes de la corona Figura 8.z 1 )[8. Por tanto. conviene marcar los dientes al realizar el desmontaje para asegurar el montaje en la misma posición. ) = mcm(z j . Como es fácil deducir a partir de la figura 8. coincidiendo con el número de puntos marcados en la figura. Secuencia de engrane de una corona de 15 dientes con un piñón de 9 dientes La frecuencia de repetición del diente (FRD).3] Teniendo en cuenta que el producto de dos números es igual al producto del mínimo común múltiplo y el máximo común divisor de ambos: z ^ .45 se observa que esto ocurre tras el contacto de 45 parejas de dientes.8.45.z 1 = mcm(z j . que indica la frecuencia con la que un diente de la corona vuelve a engranar con el mismo diente del piñón. Las cinco frecuencias características anteriores aparecen de una u otra forma en los espectros correspondientes a diferentes anomalías de reductores y equipos con engranajes.000 rpm y la aceleración si son superiores a ésta.46). Otra cuestión importante es la definición de bandas de frecuencia adecuadas pa­ ra la detección de los problemas en gráficos de tendencias. dado que la GMF puede llegar a ser muy elevada en función del número de dientes y de la velocidad. En el caso de desgaste del diámetro primitivo la vibración predominante es a la frecuencia de engrane. en muchos casos mayores que ésta (figura 8.5 ] z ] ' z2 que permite calcular la FRD a partir del número de fases de ensamblaje y el número de dientes de las ruedas. Asimismo es normal la aparición de ban­ das laterales alrededor de la GMF (picos a derecha e izquierda de esta frecuencia) separadas de esta un intervalo igual a 2xRPM. Se recomienda utilizar las bandas de frecuencia mostradas en la tabla 8. en ausencia de otros defectos. En cuanto al parámetro empleado en la visualización. las frecuencias características son elevadas. Si existe una desalineación en alguno de los ejes. En general se recomienda que la frecuencia de adquisición sea de al menos 70xRPM. no obstante. por lo que es característico un incremento del parámetro de Spike Energy. en la que se observan las características bandas laterales alrededor de la GMF. En la figura 8. se manifiesta de la misma forma que el desgaste del diá­ metro primitivo. Esta frecuencia es la menor de las cinco frecuencias características de los en­ granajes. con bandas laterales muy abundantes separadas de ella a múltiplos de la frecuencia de la rueda defectuosa. pero con bandas laterales de gran amplitud respecto a la corres­ pondiente a la GMF. Cuando el da­ ño progresa. se recomienda la velocidad si las frecuencias de interés están por debajo de las 120. pero en ocasiones se excita también la frecuencia de engrane. como ya se comentó en el caso de desalineación. se observa una vibración pre­ dominante a lxRPM y 2xRPM.46 se muestra un espectro correspondiente a una caja de engrana­ jes dañada. El caso de un diente defectuoso o roto. Una cuestión importante en el diagnóstico de averías en sistemas de engranajes es la elevada frecuencia característica de muchos problemas. por lo que suele verse mejor en la onda en el tiempo que en el espec­ tro.342 n f £ MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS FRD = G M F — - [8 . En general . pudiendo aparecer los tres primeros armónicos de la GMF. .1. se caracte­ riza por la aparición de un pico a la frecuencia de la rueda afectada. Espectro correspondiente una caja de engranajes dañada de un tren de laminación (cortesía de Preditec S. FALLO EN RODAMIENTOS La técnica de mantenimiento predictivo basado en vibraciones tiene una gran aplicación en el diagnóstico del estado de rodamientos.11.5xRPM GMF + 5xRPM 2xGMF . 3 .8.8 507.4 3 1 0 0 .5xRPM 2xGMF + 5xRPM 20kHz Tabla 8. fundamentalmente).0 HRZNTL SPECTRUH DISPLAY RMS * HPM » RPS * B=GHF 3 . y a la clara dife­ renciación entre las frecuencias asociadas a los diferentes fallos de los mismos (defecto en las pistas.1.5 si.139 LABEL» FRECUENCIA DE ENGRAfC A 6461 CPH Figura 8.5xRPM 1 kHz Hasta frecuencia GMF . en las bolas o en la jaula.46.ee 1. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 343 CALftKDfta -C3H CflLAMDRA LPUINflDORA CACANSRA £ JE SUPERIOR i. 8 4080 ' 8000 12880 rREQUEHCY IH CPM 16000 FPEQi of?w ?s SPECI 6 4 6 1 .5xRPM GMF + 5xRPM 2xGMF . Bandas de frecuencia recomendadas para detectar problemas en engranajes 8. L. En general. los . Esto se debe a la gran utili­ zación de estos elementos.1 3 CftRGA » #-* *-« r 6461.) Desde frecuencia lOxRPM GMF .4. presentes en gran número de máquinas. El diagnós­ tico puede basarse en: Parámetros globales. Rodamiento con sus partes y el ángulo de contacto . diámetros de las pistas) y de funcionamiento (ángulo de contacto entre bola y pista) de los rodamientos. en muchos casos es difícil discernir entre la vibración causada por rodamientos y la debida a otros fe­ nómenos que también se manifiestan a frecuencias elevadas. Análisis del espectro y de la onda temporal. aparte de medidas acústicas o térmicas. tales como el valor global de vibración. La aparición de una lesión puntual en alguno de los elementos del rodamiento. como una grieta o una picadura. Figura 8. - El análisis del espectro tiene la ventaja de que permite la diferenciación clara entre los problemas de rodamientos (incluso de las partes del rodamiento) y otros. provoca una mala rodadura que se manifiesta como un choque con una frecuencia característica. En cambio.47. elementos rodantes o bolas y jaula). en los métodos basados en parámetros globales.344 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS fallos se manifiestan a frecuencias elevadas en relación con la de giro. el valor de vibración en la banda de 1 kHz a 20 kHz y otros parámetros estadísticos basados en el análisis de la señal en el tiempo como la kurtosis. Las correspondientes frecuencias de fallo de cada uno de los elementos se ob­ tienen multiplicando el factor apropiado por el régimen de giro del eje. Los valores de estos factores sólo dependen de las características geométricas (número de ele­ mentos rodantes. pista interior.47 se muestra un rodamiento con sus cuatro elementos caracterís­ ticos (pista exterior. el factor de cresta (relación entre el valor pico y el RMS). En la figura 8. Las frecuencias características de un rodamiento son: FTF (Fundamental Train Frequency): Frecuencia fundamental de deterioro de la jaula.47): RPM: d: Dm\ Nb. Es igual a la FTF multi­ plicada por el número de elementos rodantes: [8. Se calcula como: \ B D T T R P M AT l d ¡ BPFI = --------N h• í1 + -----c o s ía )x 2 A» \ m [ 8 . diámetro de los elementos rodantes. BPFO (Ball Passing Frequency Outer Race): Frecuencia de deterioro de la pista exterior. número de elementos rodantes. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 345 En lo que sigue utilizaremos la siguiente nomenclatura (ver figura 8. Físicamente representa el número de bolas o rodillos que pasan por un punto de la pista interior por unidad de tiempo. Indica el número de giros de la jaula del rodamiento por unidad de tiempo. Corresponde al número de vueltas de dichos elementos sobre sí mismos por unidad de tiempo.6 ] - Como se observa esta frecuencia es cercana a la mitad del régimen de giro si el ángulo de contacto es nulo. ángulo de contacto: ángulo entre la línea de contacto y la normal al eje de giro. Se calcula como: . diámetro medio del rodamiento: semisuma de los diámetros de contacto de las pistas interna y externa.7] - BPFI (Ball Passing Frequency Inner Race): Frecuencia de deterioro de la pista interior. N„: a a: : régimen de giro de la pista giratoria. Físicamente representa el número de bolas o rodillos que pasan por un punto de la pista exterior por unidad de tiempo.8] - BSF (Ball Spin Frequency): Frecuencia de deterioro de los elementos rodantes.8.eos a 2 Dm V / [8 . Se calcula como: \ CIVl U / x ------1---------. a distancias correspondientes al régimen de giro o la FTF si el deterioro es - - . Algunos aspectos a tener en cuenta en el análisis y diagnóstico de fallos en ro­ damientos son: Los fallos en rodamientos bien montados se suelen dar en este orden: pista exterior. 10] Puesto que el ángulo de contacto afecta a los valores de las frecuencias caracte­ rísticas. etc. ya que las diferentes frecuencias características no son múltiplos enteros del régimen de giro. Los defectos en la pista exterior se manifiestan con mayor amplitud en el espectro por estar más cerca del transductor. Por ello se de­ tectan inicialmente en aceleración en la banda 1 kHz a 20 kHz. el orden de mag­ nitud de algunos de estos factores es. una pequeña variación del mismo como consecuencia de desalineaciones. aproximadamente: F F T * 0.9] 2 ' d \ y Dadas ias características típicas de muchos rodamientos.346 { MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS [8. elementos rodantes. A medida que el fallo progresa aumenta la amplitud de los picos en las frecuencias de fallo y sus armónicos. Los deterioros se manifiestan inicialmente a alta frecuencia ya que los im­ pactos debidos a un pequeño defecto excitan las frecuencias naturales de las pistas de rodadura. pista interior. que son altas. El nivel de vibración asincrona (no correspondiente a múltiplos enteros del régimen de giro) en los fallos de rodamientos es elevado en relación con el de la vibración síncrona.4 RPM B P F O ~ O A -N b RPM B P F I* 0. para asegurar la detección del fallo. dilataciones. puede afectar a las frecuencias de fallo. Los rodamientos con defectos en la pista exterior tienen generalmente una vida mayor que si el defecto está en la pista interior. para predominar sobre todo el primer armónico cuan­ do el daño es muy severo.6 -N h RPM [8. El muestreo de datos debe durar al menos el tiempo suficiente para que el eje realice una vuelta. jaula.. produciéndose resonancia. Habitualmente aparecen bandas laterales junto a las frecuencias de fallo. aprietes excesivos. 7 4 7 .8. La figura 8. JtPS = 2 4 . En la onda en el tiempo se detectan picos elevados en la aceleración. F re c ¡ Ordn: Es p e : 1 1 .48.BOMBA UACIO DESECHA -B ltf BCHBft L .flCOTLAHIEHTO VERTICAL RBMFRM G r á f ic a B -03-flS RHS = 1 2 . que requieren . Los defectos en las bolas o rodillos se manifiestan a frecuencias múltiplos de la BSF.3 3 7 . L. El deterioro de la jaula.12. en función del número de elementos rodantes deteriorados. Espectro en un caso de rodamiento dañado en la pista exterior (cortesía de Preditec S.48 muestra el espectro correspondiente a una máquina con un roda­ miento dañado en su pista exterior.4.) 8. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 347 - - mayor.'IPFO V ARMON ICOS-BANDAS LATERAL . En este tipo de cojinetes. Los defectos en la pista interior o en la exterior se manifiestan por picos a la frecuencia correspondiente a la pista y sus armónicos (hasta 8 o 10) modula­ dos por bandas laterales a lxRPM.3 7 CARCA s 1 M . El aumento de bandas laterales y su amplitud indica un mayor dete­ rioro del rodamiento. que normalmente sigue al de las pistas se manifiesta por la aparición de bandas laterales junto a los picos de las pistas. P R O B L E M A S E N C O JIN E T E S D E F R IC C IÓ N Los cojinetes de fricción son habituales en numerosas máquinas industriales de gran tamaño como turbinas o generadores.4 3 C=»TO U . « n kCPM Rtf t u t O. L -T l .8 RPM = 146 3 .7 7 6 Figura 8.3 9 K 36 48 38 F r c c u a n c . el funcionamiento correcto depende de parámetros como la carga radial. Los cojinetes que funcionan de forma estable trabajan con ángulos de ataque infe­ riores a 90° (normalmente entre 20° y 60° aproximadamente).348 MANTENIMIENTO MECÁNICO OE MÁQUINAS un diseño muy preciso. La posición recorri­ da por el centro dentro de dicho círculo puede representarse con un diagrama orbi­ tal a partir de las medidas de dos transductores de desplazamiento perpendiculares. En general el ángulo de ataque se incrementa con la velocidad de giro del eje.49). El movimiento posible del centro del eje dentro del cojinete está restringido a un círculo con centro en el centro geométrico del cojinete y radio igual a la holgura. La línea que une el centro del cojinete con el centro de la órbita se denomina línea de ataque. En estas condiciones el lubricante. montados como se indica en la figura 8. El ángulo que forma dicha línea con la que une el centro del cojinete y el centro del eje en la posición de repo­ so se denomina ángulo de ataque (figura 8. la velocidad de giro del eje o la temperatura y presión del lubricante. que no cubre la totalidad del huelgo entre eje y cojinete. La velocidad media de deslizamiento del aceite . la holgura radial (diferencia entre el radio del eje y el del cojinete). sino sólo una fracción del mismo.3. forma una cuña a presión entre el eje y el cojinete capaz de soportar la carga radial existente. etc. ACEITE Figura 8. Espectro en un caso de cojinete con problem a de remolino de aceite (cortesía de Preditec S. En la práctica es algo inferior por efectos del flujo en dirección axial y la viscosidad. La velocidad angular del aceite es pues cercana a 0.SENSOR SIEMENS-REMOL. En particular. L. como ya se di­ jo en el apartado de holguras. aparecen armónicos superiores 3xRPM. Si la hol­ gura crece. 4xRPM. n it .8. En ocasiones la holgura excesiva puede dar lugar a la aparición de roces entre el eje y el cojinete en zonas no lubricadas provo­ cando la aparición de medios armónicos y subarmónicos.50. algunas de las causas habituales de vibración son: Holgura excesiva entre el cojinete y el eje. ya que la parte en contacto con el eje se mueve a su misma velocidad y la parte en contacto con el cojinete está en reposo.5xRPM. Cualquier cambio en los parámetros característicos del cojinete puede dar ori­ gen a un funcionamiento deficiente del mismo. En algunos casos un exceso de holgura puede producir que un desequilibrio o una desalineación leves se mani­ fiesten con picos altos en lxRPM y 2xRPM y armónicos superiores. MANTENIMIENTO PREDICTIVO BASADO EN VIBRACIONES 349 de la cuña es aproximadamente la mitad de la velocidad del eje.) . .50 muestra un espectro correspondiente a un caso con problema de remolino de aceite.350 - MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS - Remolino de aceite (oil whirl). Cuando aparece. Si la velocidad de giro del eje es similar al doble de la crítica. Lubricación deficiente. típico en cojinetes con lubricación hidrodinámi­ ca (es decir.48xRPM. velocidad de giro del remolino de aceite.43-0. provocando un fenómeno de resonancia del eje que a su vez excita las fuerzas en el remolino de aceite. Se debe a las fuerzas generadas por el remolino creado por la cuña de aceite. con un peso estático de rotor bajo o en el caso de desgaste exce­ sivo del cojinete. la frecuencia de giro del remolino está cerca de la crítica. que se manifiesta por vibración elevada a alta frecuen­ cia y no relacionada con el régimen de giro. el ángulo de ataque llega a superar los 90° sufriendo cambios importantes al producirse fuertes movimientos del rotor. En el diagrama orbital el fenómeno se caracteriza por la pre­ sencia de 2 marcas en la órbita (ya que la frecuencia de ésta es aproximadamen­ te la mitad de la de giro). El efecto de estas fuerzas puede ser importante en cojinetes mal diseñados. A este fenómeno se le denomina latigazo de aceite (oil whirl). con aceite a presión) operando a velocidades de giro elevadas por encima de la crítica. Este problema de resonancia puede dar lugar a fallos catastró­ ficos. provocando una vibración elevada en las cercanías de 0.5xRPM. El fenómeno se manifiesta en el espectro por una vibración subsíncrona en torno a 0. La figura 8. APÉN D ICES . sin embargo. Así. la vibración se transmite a través de la materia pudiendo. no existe materia ni siquiera en estado gaseoso). ser amplificada o amortiguada. La vibración de un punto o de un sólido siempre se debe a la existencia de una o más fuerzas que se denominan fuer­ zas excitadoras. en su camino. Debido a las ligaduras e interacciones moleculares. la vibración de un sólido es un estado dinámico en el que existen puntos del sólido que se encuentran vibrando. Esto implica que cuando un punto material de un sólido se encuentra vibrando éste transmite la vibración a los puntos más cercanos. Figura A. VIBRACIÓN MECÁNICA. en general. no se transmite por el espacio exte­ rior (donde. Por otro lado. Gracias a este hecho. Representación temporal de la vibración de un punto La forma más simple de representar la vibración de un punto es el diagrama temporal de desplazamiento. la vibración implica movimiento y también oscilación. el sonido (que no es más que una vibración) se transmite por el aire (que también es materia) y. la velocidad del punto fluctúa entre valores positivos y negativos. Si la vibración es uniaxial (es decir.l. Suponiendo que la vibración es uniaxial y que se rea­ liza sobre el eje y. DEFINICIONES La vibración de un punto material es el movimiento de oscilación (no necesa­ riamente simétrico) de dicho punto alrededor de una posición de equilibrio. se puede representar la posición del punto vibrante y su varia­ . aA /jg S " V T V I V I V . provocando también su vibración. 1.CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA A . el movimiento de vibración se realiza sobre una línea recta). se dice que la vibración es no periódica. se dice que la vibración es periódica. Si la representación gráfica del desplazamiento se repite cada cierto tiempo. Supóngase que se tienen dos puntos materiales vibrando según movimientos armónicos simples de igual amplitud e igual período. es lo que se co­ noce como movimiento armónico simple (MAS). Representando gráfica­ mente el movimiento se obtiene: y Figura A.l.l] donde A es la amplitud del movimiento y T es el período. por tanto. la frecuencia es la inversa del período (ciclos/segundo = Hertzio = Hz). El MAS sirve. Así.2.354 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS ción con el tiempo. Aplicado a un movimiento periódico. desde un punto de vista matemático. Si el período es el tiempo que el sistema oscilante tarda en rea­ lizar un ciclo completo (y sus unidades son segundos/ciclo). Así se llega a una gráfica como la mostrada en la figura A . Pese a esta - . como función periódica. La amplitud A es el desplazamiento máximo respecto de la posición de equilibrio. Movimiento arm ónico simple (MAS) Se observa que el MAS constituye una vibración simétrica que se repite cada período T (es. periódica). designa el movimiento completo que realiza el sistema oscilante y que se repite cada período. Frecuencia (f). una vibración periódi­ ca es de mayor frecuencia cuanto menos tiempo tarda en realizar un ciclo. Cuando la variación del desplazamiento no se repite cada cierto tiempo. para definir varios conceptos muy utili­ zados en análisis de vibraciones: Ciclo. La vibración más simple. respecto a una posición de referencia. El desplazamiento de un punto que sigue un MAS viene definido por la ecuación: í \ A y( t) = A sen f — / [A . Fase y desfase. siendo el período (7) el tiempo que tarda en repetirse. En la figura A. y se puede afirmar que el movimiento de C lleva un retraso temporal con respecto al movimiento de B igual a t2-t\. se puede afirmar que: . el MAS se considera generado por la ordenada y de un punto que posee un movimiento circular de radio igual a la amplitud del MAS y gira con una velocidad angular (o frecuencia angular) co (figura A. sino que el de una lleve cierto retraso con respecto al de la otra.3. llamando At a este desfase temporal. mediante la frecuencia / o mediante la frecuencia angular co. En esta situación se dice que el movimiento de ambos puntos está desfasa­ do. Sabiendo que el punto tarda en realizar una vuelta completa (2 n rad) un tiempo igual al período (T).2] Figura . por ejemplo. el punto C llega a estar en la posición y ref en el instante t2. se puede afirmar en todo instante que: y c (t + A t) = y B (t) [A.3 se muestra el movimiento desfasado de dos puntos B y C.APÉNDICE A. ya que estos tres parámetros son interdependientes. tal como se observa en la ecuación anterior. De hecho.3 se muestra el instante t\ de dos puntos B y C girando alrededor de un punto O con velocidad angular co. En la parte izquierda de la figura A. pues. Así. el punto B posee un desplazamiento y re fi mientras que el punto C posee un desplazamiento y d h ) distinto del anterior.4. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 355 igualdad.3). Movimiento armónico simple (MAS) En ocasiones. se puede establecer que: co = — 2n = 2tzf [A. la rapidez o lentitud con que se repite una función periódica se puede ex­ presar indistintamente mediante el período T . Consecuentemente. Se observa cómo el desfase temporal At del desplazamiento y equivale a un desfase angular (p en el movimiento de rotación. es posible que el movimiento de ambas partículas no vaya perfecta­ mente acompasado.3] Así. En el instante t]. Considerando el desfase angular. Por este moti­ vo.5] [A. Es otro valor importante en la caracterización de un movimiento de vibración. El valor medio se define como: y = 1 ‘fe — j y (t)d t V o lim [A. 7] Si la vibración es periódica. Si dos MAS no están desfasados (el desfase es nulo) se dice que ambos movi­ mientos están en fase. 9] . el valor pico a pico es el doble de la amplitud. no siendo representativo para describir la amplitud de la vibración.356 <p = co • At MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS 2n . 8] Valor eficaz o valor RMS {RootMean Squared).s e n ( c o i . Valor medio.(p) [A. el valor medio es nulo. por tanto. el MAS).— At = 2 n f ■ At [A.6] En conclusión. Valor pico a pico. alternativamente se utiliza el valor eficaz o valor RMS. igual a la amplitud máxima. El valor de pico es. siendo At el tiempo de desfase y cp el ángulo de desfase. Este valor se define como la raíz cuadrada de la media cuadrática: [A. la definición del MAS de los puntos B y C de la figura A.s e n ( c o / ) y c (t) = A. El valor pico a pico es el valor existente entre el desplaza­ miento máximo de la oscilación en un sentido y el desplazamiento máximo en el otro sentido.4] que es la expresión que relaciona los desfases angular y temporal de dos MAS. Valor de pico. la expresión del valor medio se simplifica de forma que la integral abarca solo un período (T): 1T y = -\y if)d t o [a .3 están desfasados. se puede afirmar que los MAS de los puntos B y C de la figura A.3 es la siguiente: y B (t) = A. En un MAS. En el movimiento oscilatorio de un punto se denomina valor de pico al desplazamiento máximo del punto respecto de su posición de reposo in­ termedia. Si el movimiento oscilatorio es perfectamente simétrico (por ejemplo. 4. 10] De nuevo. el sentido del movimiento cambia con el tiempo. En el MAS. la velocidad y aceleración del punto se obtienen por derivación como sigue: = = [A. la expresión del valor eficaz se simplifica de forma que la integral abarca solo un período (7).4. 11] Como se ha comentado antes. cambiando también tanto la velocidad del mismo como la aceleración. Para un MAS de amplitud A se puede demostrar que el valor eficaz es: [A. la vibración de un punto implica el movimiento oscilatorio del mismo. 13] aceleración T T Figura A. En ocasiones. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 357 [A. La velocidad es la derivada temporal del desplazamiento.APÉNDICE A. Consecuentemente. En ella se observa cómo cada una de estas magnitudes constituye . y la aceleración es la derivada temporal de la velocidad. si la vibración es periódica. resulta interesante estudiar no solo la variación de la posición del punto (oscilación de desplazamiento) sino también la variación de la velocidad o la acele­ ración. Velocidad y aceleración en un movimiento arm ónico simple La variación de la velocidad y de la aceleración con el tiempo puede observarse en la figura A. 12] [A. Así. F U N C IO N E S P E R IÓ D IC A S Las funciones periódicas. el valor eficaz de la aceleración viene multiplicado por el cuadrado de la frecuencia. = 20 •log [A. Además la variación de la velocidad puede ser periódica o no. la velocidad del punto también viene descrita por una frecuencia (Hz). Al proceso de determinación de las amplitudes y frecuencias de los MAS que compo­ nen la función periódica original se le conoce con el nombre de «desarrollo en serie de Fourier». TRANSFORMACIÓN AL DOMINIO DE LA FRECUENCIA A .2. en la medida de ace­ leraciones. Y lo mismo ocurre con la aceleración. si se dispone de una función temporal y(/) cuyo período es T y su frecuen­ cia angular es co=2it/T.358 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS una oscilación que puede tratarse igual que la descrita anteriormente para el des­ plazamiento. no importa su naturaleza.8 -10'6 m/s2. Esta unidad que se emplea habitualmente para los valores eficaces se define como: íffl = 10-log \ X oJ donde el v a l o r é corresponde a un valor de referencia que. su representación en serie de Fourier puede expresarse en la forma de ángulo de fase como sigue: . Así. medio (mm/s) y eficaz (mm/s). Decibelio. el valor eficaz de la función velocidad viene multiplicado por la frecuencia e. una unidad muy extendida es el decibelio (dB). valores de pico (mm/s). Sin embargo. igualmente. y realizó el desarrollo matemático por primera vez. poseen una cualidad mate­ mática importante: se pueden expresar como la suma de infinitos movimientos armónicos simples (o funciones senoidales) de distinta amplitud y frecuencia. amplitud (mm/s). En esta escala. Por este motivo es habitual emplear en velocidad y ace­ leración una escala logarítmica para su representación. siendo G la gravedad terrestre). pico a pico (mm/s).2. 14] A. en la que los valores relacionados con la am­ plitud se expresan en (mm/s2 o en Gs.1. haciendo honor al matemático Joseph Fourier (1768-1830) que descu­ brió. suele ser la millonésima parte de la aceleración de la gravedad te­ rrestre: X 0 = 1 pg = 9. 5 se observa el resultado obteni­ do al incluir 3 y 10 armónicos. A raíz del desarrollo de Fourier.(0=^T+Z[í/«'cos("c o í+< t)J] donde: ¿o = y d 0 0 ÍA -1 5 1 j «o [A... se obtiene una mejor aproxi­ mación de la función original.. 19] o = — J V (/)c o s (w c o /)ü fr 2r [A. por otro. Así. en la práctica se representa. oo) de los diferentes armónicos. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 359 > ... siendo f la frecuencia de la función original. 18] 2r ao = ~ ^ y { t } 'd t [A.20] ^ o 2r bn ~ ~ j V ( í ) s e n ( w o í ) c / / [A. . (i = 0. supóngase que se tiene una fun­ ción periódica como la mostrada en la parte superior de la figura A.. una posible forma de describir una función pe­ riódica consiste en expresar los únicos coeficientes del desarrollo en serie de Fou­ rier que dependen de la forma de la función: las amplitudes d. Como el armónico /-ésimo está asociado a una frecuencia de vibración f k = kf¡ (k= 1. Para ilustrar esto.. oo) y los ángulos de desfase < (> * (k = 1.21] To siendo los coeficientes dn las amplitudes y < j> „ los ángulos de desfase de los diferen­ tes MAS (o armónicos) que suman. en la práctica es posible obtener una buena aproximación de la función periódica original solamente con un número suficien­ temente elevado de sumandos. en la figura A. por un lado. la amplitud y. oo).APÉNDICE A. Por este motivo. 17] 4 > „ = arctan [A. se puede demostrar que la amplitud de dichos sumandos generalmente decrece a partir de un cierto valor de n. . A medida que se incluyen más sumandos en la serie de Fourier.5.. 16] d n = ' ¡ a2n + b 2 n [A. Aunque el desarrollo en serie de Fourier involucra infinitos sumandos.. el ángulo de fase de cada armónico versus la frecuencia aso­ .. Además. quitando el valor de do (que es siempre el doble del valor medio del movimiento de vibración).360 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS ciada al mismo. En ocasiones. Estas gráficas reciben el nombre de espectros en frecuencia. ya que co = 2 nf. la función d se representa frente a la frecuencia angular co en lugar de hacerlo frente a la frecuencia temporal / . . El espectro en frecuencia de amplitudes de una función periódica de frecuencia f puede considerarse la representación gráfica de una función d(f) frente a la fre­ cuencia f aunque siendo conscientes de que la función d es discreta y solamente toma valores en múltiplos de f . a excepción del cuarto.6 se observa que. la única diferencia entre ambas resulta ser un cambio de escala en el eje de las frecuencias. Así. Sin em­ bargo. para la función de la figura A. el espectro también indica que el resto de armónicos son poco importantes en am­ plitud.5 los espectros son los siguientes: En la figura A. que puede merecer cierta consideración. el valor de amplitud más alto co­ rresponde al primer armónico (misma frecuencia que la señal periódica). . el resultado de la superposición de varias vibraciones simples. cada una de ellas pro­ vocada por una excitación distinta (con distinta intensidad y frecuencia). generalmente. En efecto.1 t. 9 f lOfl 1 /I2 fl3 f 14/15/16/17/1 8 fl9 f Frec La figura A. cono­ ciendo su amplitud y su frecuencia. T -f— t— t— T-T f -f.f. .A /4 -0 / < t > 180°-■ 135°-■ 9 0°-4 5 °-_45 0 -90°--135°--180°-Figura A. Esta descomposición permite determinar cuales de estos últimos son los más importantes (es decir. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 361 Amplitud A -3A /4 -A/2 .APÉNDICE A..hM .-f. el espectro en frecuencia es. una vibración real es.. f2 / 3/ 4/ 5/ 6/ 7/ 8/ 9/ 10/ 11/ 12f 13f 14f 15/ 16/ 17f 18f 19/ Frec Angulo de fase / 2 / 5 / 4 / 5 / 6 / 7/ .. la descomposición del mo­ vimiento de vibración complejo en los movimientos de vibración simples a distin­ tas frecuencias.1 .. Representando la amplitud de cada uno de estos MAS frente a la frecuencia de los mismos se obtiene el espectro en frecuencia de la vibración original. 6. desde cierto punto de vista. Así. ya que indica cuales son las frecuencias correspondientes a las mayores amplitudes de vibración. El espectro en frecuencia de amplitudes posee una especial relevancia en el aná­ lisis de vibraciones. Espectros de am plitud y de fa se de una vibración periódica 4 -4 .7 muestra el proceso en el que la vibración periódica y(t ) se des­ compone en una sucesión de MAS de distinta amplitud y fase con frecuencias que son múltiplos de la frecuencia fundamental (/) de la vibración. los que más influyen en el resultado final). F U N C IO N E S N O P E R IÓ D IC A S Cuando la función es no periódica (que es el caso de la mayoría de los movi­ mientos de vibración). supóngase inicial­ mente que se parte de una función periódica y(t). tal como se ha explicado hasta ahora.2. no puede aplicarse ya que una función no periódica no es igual a la suma de infinitos MAS.362 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS A .2. de período T. frecuencia f y fre­ cuencia angular a»]. el desarrollo en serie de Fourier. cumpliéndose que: . Para obtener la descomposición de funciones no periódicas. o o .1 .) = -^:L Acó n = . todas ellas matemáticamente equivalentes. (recuérdese que coi es la frecuencia de la función perió­ dica original).24 se llega. ya que está basada en la utilización de números complejos: y (t)= ¿ n=-oc Yn [A.= y 2n [A. tal que i = V . 15 se expresó el desarrollo en serie de Fourier en la forma án­ gulo de fase.22] ©1 = 2 7 l / ¡ = y i r 271 En la ecuación A. que se calcula como sigue: V Yn = j ¡ y ( t ) .+ o o [A. .24] Así.. Una de éstas es la que se conoce como forma compleja. .. respectivamente. .. e''n (S > v‘ =cos(«co1 /) + /-sen(«col/1 ) Y„ es el coeficiente asociado a la frecuencia angular «coi. el desarrollo de Fourier se puede expresar también de otras formas.1.23 y A.APÉNDICE A.25] En base a los coeficientes Y„ (cada uno asociado a una frecuencia «coO se pue­ den definir otros coeficientes Y f ’(wo.26] así. el incremento de frecuencia de los diferentes armónicos es la propia frecuencia de la función original.. Sin embargo. .'^ 'd t % [A. Consecuentemente.í ó i 2 = . que sirve de común divi­ sor para todas las frecuencias de estos armónicos: A C 0 = C 0 .23] donde: i es el número imaginario. . el desarrollo en serie de Fourier corresponde a armónicos en las frecuencias angulares coi. -1. a las siguientes expre­ siones: . de las ecuaciones A.0.e . 3coi. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 363 [A. .. 2coi. una función no periódica puede considerarse como una función periódica en la que el período tiende a infinito (T — >oo).27 y A.364 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS 0 0 _y(/) = Aoo. las ecuaciones A. De acuerdo con estas equivalencias.29). Sin embar­ go. no a todas las funciones no periódicas se les puede aplicar la transfor­ mación de Fourier.28 anteriores se transforman en las siguientes: [A. % | y(t) ■ e~im > 'ld t = — . Sin embargo.e .30). o para pasar del dominio de la frecuencia F(co) al dominio del tiempo y(t) (transformada inversa. 2 8] Todo lo desarrollado hasta aquí es válido para funciones periódicas. .29] -00 [A. En concreto.^ F(nco])-e m (0]l % . es decir. que es lo mismo que decir que no se repi­ te nunca. el espectro en frecuencia de una fun­ ción no periódica es continuo.J y ( t ) . que sirven para pasar del dominio del tiempo y(t) al dominio de la frecuencia F(co) (transformada directa. La transformada de Fourier supone para las funciones no periódicas lo mismo que el desarrollo en serie de Fourier para las funciones periódicas. ecuación A. para que exista la transformada de Fourier de una función no periódica y(t) debe verificarse la condición de Dirichlet: 0 0 debe estar acotada -00 [A. Ato = coj = 1/T tiende a ser infi­ nitamente pequeño o diferencial (es decir. tiende a la variable co que representa todas las frecuencias angulares. Pero cuando el período tiende a infinito. Acó — > dco) y la serie discreta de frecuen­ cias angulares n-(0 \ tiende a una serie continua de frecuencias angulares.m^ 'd t ~T Á 2 n -T Á [A. ecuación A. Ambas permiten pasar del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia y viceversa.31] Al contrario que en funciones periódicas.27] [A. pese a que a cualquier función periódica se le puede aplicar el desarrollo en serie de Fourier.30] — O C expresiones que constituyen la transformación directa e inversa de Fourier. Esto implica que existe un valor de F para cualquier frecuencia angular co. la vibración de un sistema puede venir caracterizada por un número reducido de puntos (incluso uno).3. VIBRACIÓN DE LOS SISTEMAS MECÁNICOS La vibración de un sistema mecánico se caracteriza por el movimiento vibrato­ rio. Sin embargo. Espectro en frecuencia. el paso del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia es dife­ rente en funciones periódicas y en funciones no periódicas. ang. coi) Transformación del domi­ nio del tiempo al dominio de la frecuencia. rigidez y amortiguamiento) y geométricas. en las tres direcciones espaciales. solamente en aque­ llos casos en los que la función no periódica original cumple la condición de Dirichlet. La transformación al domi­ nio de la frecuencia siempre es posible. En resumen. si el movimiento del resto es fácilmente deducible a partir del de ese grupo de puntos con suficiente aproximación.APÉNDICE A. La amplitud y frecuencia de la vibración de los puntos materiales del sistema mecáni­ co depende de sus características mecánicas (masa. En general un sistema mecánico está compuesto por infinitos puntos materiales. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 365 En funciones no periódicas. con suficiente aproximación. Tabla A. para caracterizar una vibración periódica del mismo. Un valor alto asociado a una determinada fre­ cuencia indica que la función original posee un movimiento de cierta amplitud que posee una tendencia elevada a repetirse con esa frecuencia. Desarrollo en serie de Fourier (sumatorio). la vibración del sistema. frecuencia y fase de cada uno de sus infinitos puntos. No siempre. bajo ciertas condiciones. de cada uno de sus puntos materiales. existe un valor para cualquier frecuencia. Función no periódica Transformada de Fourier (inte­ gración). . y de las fuerzas externas aplicadas sobre el mismo. es necesario defi­ nir la amplitud. 1. Sí. Al número independiente de movimientos que permiten caracterizar. en la práctica. se le llama grados de liber­ tad. solamente tom a valores en frecuencias iguales al múltiplos enteros de C O ]. Estas diferencias se muestran en la tabla A. 1: Función periódica ( frec. la interpretación del espectro en frecuencia es la misma que en funciones periódicas. Resumen de la transformación al dominio de la frecuencia de funciones periódicas y no periódicas A. por lo que. Continuo. Discreto. no im porta cómo sea la función periódica. - . convirtiéndose en calor o sonido. El movimiento del sistema viene condicionado. En el modelo del sistema de un grado de libertad estas características vienen representadas mediante tres elementos independientes: M asa: elemento sólido indeformable en el que se almacena la energía cinética del sistema.3. además de por la fuerza actuante. SIST E M A D E U N G R A D O D E L IB E R T A D La mayor simplificación de un sistema mecánico vibrante es el sistema de un grado de libertad.1.366 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS A .8. A m ortiguador: elemento sin masa ni rigidez en el que se disipa energía del sistema vibrante como consecuencia del movimiento relativo entre sus partes o de su deformación. rigidez y amortiguamien­ to. que se representa en la figura A. . Resorte: elemento elástico sin masa ni amortiguamiento que representa la rigi­ dez del sistema y en el que se almacena la energía potencial elástica de defor­ mación. Sistema vibrante de un grado de libertad En el sistema de un grado de libertad toda la masa del sistema se mueve como un punto vibrando en una única dirección con una amplitud v(0> debido a una fuer­ za variable F(t). por sus tres características básicas: masa. 2. es decir. disminuyendo su amplitud con el tiempo y a una frecuencia ligeramente inferior a la frecuencia natural. A .APÉNDICE A.3. F R E C U E N C IA N A T U R A L D E V IB R A C IÓ N La frecuencia natural de un sistema mecánico es aquella a la que el sistema vi­ bra libremente. produciéndose en este caso un incre­ mento progresivo de la amplitud de la vibración que puede llegar a ser peligroso para la integridad del sistema. El fenómeno de resonancia puede darse por ejemplo si la frecuencia de giro de un eje desequilibrado coincide con su fre­ cuencia natural de vibración. Un sistema de un grado de libertad sin amortiguamiento vibra según un movi­ miento armónico a una frecuencia determinada (co.. Los modos de vibración son relaciones entre los desplazamientos relativos de los diferentes puntos característicos del sistema que representan una posible forma de vibrar del mismo. El incremento de vibración tiende a infinito en el caso de un sistema no amortiguado y es tanto menos grave cuanto mayor es el amortiguamiento existente en el mismo. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 367 A .4.3. Del modelo matemático de un sistema de N grados de libertad se deduce que en el mismo existen N frecuen­ cias naturales de vibración correspondientes a otros tantos modos de vibración.). R E S O N A N C IA El fenómeno de resonancia en un sistema de un grado de libertad tiene lugar cuando el sistema se somete a una excitación externa F(t) cuya frecuencia es próxima a la frecuencia natural de vibración.32] Vm Para sistemas con amortiguamiento la vibración libre es un movimiento no ar­ mónico. V IB R A C IÓ N D E S IST E M A S D E M Ú L T IP L E S G R A D O S D E L IB E R T A D La vibración de un sistema de más de un grado de libertad es más difícil de ca­ racterizar que la de un sistema de un grado de libertad. que depende de su rigidez (k ) y su masa (m) según la ecuación: ® „ = J — [A. Si un sistema de N grados de libertad se separa de su posición de equilibrio de acuerdo con los desplazamientos relativos de un modo y se deja .3.3. cuando se le separa de su posición de equilibrio defor­ mándolo y se le deja vibrar sin excitación alguna. A . MEDIDA DE LA VIBRACIÓN La medida de vibraciones en máquinas requiere del equipo adecuado. con al menos un transductor (que se encarga de generar una señal eléctrica representativa de la vibración). Este equipo debe contar. produciéndose siempre que la frecuencia de excitación del sistema es cercana a alguna de sus frecuencias naturales de vibración. Rao (véase apéndice B). Transductores Figura A. El fenómeno de resonancia también existe en los sistemas de más de un grado de libertad. S. un módulo de acondicionamiento de la señal obtenida por el transductor y un analizador de vibraciones que procesa la señal y proporciona los resultados de la medición (figura A. Una descripción más detallada de la vibración de los sistemas mecánicos de uno o más grados de libertad puede encontrarse en textos especializados como el de S. En muchos casos. vibrará sólo según ese modo y a la frecuencia natural correspon­ diente al mismo. aparte de la máquina sobre la que se desea medir. Esquema del equipo básico de medida de vibraciones .9). El analizador se encarga de obtener información de la vibración en un proceso temporal que se conoce con el nombre de adquisición de datos. el módulo de acondicionamiento de la señal y el analizador están incluidos en un mismo aparato. La adquisición cuenta con limitaciones importantes que es necesario conocer para llevar a cabo adecuadamente la medida.9.368 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS vibrar libremente. A.4. En el caso general de un sistema caracterizado mediante N grados de libertad y excitado por un sistema de fuerzas externas la vibración resultante será una combi­ nación de los diferentes modos de vibración. Transductores de masa sísmica. Estos transductores son siempre de referencia fija y sirven exclusivamente para medir variaciones en el desplazamiento. Esta pérdida depende de la distan­ cia del metal y es detectada por el equipo que suministra la señal. velocidad o aceleración.5 |im. Incluso para el reducido campo de la medición de vibraciones existen varios tipos de transductores que pueden ser clasificados en dos grandes grupos: Transductores de referencia fija. Consta de un cable coaxial que termina en una bobina. obteniendo la distancia a la que se encuentra el objeto. mientras que el otro terminal se une a la pieza o estructura que vibra y cuyo movimiento se desea medir.1. del punto de la estructura a la que está fijado. Se obtiene así la posición ins­ tantánea del eje que.APÉNDICE A. 10). por tanto. Cuando un metal en­ tra dentro de este campo magnético se producen corrientes de Eddy en él. Con este sistema. Constan de un terminal cuya base se fija al punto de la estructura para el que se desea medir el movimiento de vibración. la resolución puede llegar a 2. Se fijan a la bancada de la máquina. Dentro de la instrumentación necesaria para la regulación y el control de máquinas se puede encontrar una amplísima va­ riedad de tipos de transductores. Se basa en la pérdida de potencia que experimenta una señal de radio cuando su campo magnético es in­ terceptado por un material conductor. la cual genera un campo magnético a su alrededor. . Incluyen una masa vibrante unida a la base. Habitualmente se emplean para medir las oscilaciones en ejes. Para cada uno de estos parámetros existen transductores basados en diferentes fenóme­ nos físicos. de esta forma se puede medir la variación de la posición del eje en la dirección a la que apunta el sensor. con el extremo a poca distancia del eje. aunque depende de la distancia a la que se encuentra el objeto. Por el cable se envía una señal de radio en el rango de los MHz a la bobina. En estos transductores un terminal está uni­ do a un punto fijo (o considerado fijo). - El tipo de transductor utilizado para la medida en vibraciones también depende del parámetro que se desea medir: desplazamiento. de forma que a partir del movimien­ to de dicha masa se determina el movimiento de la base y. proporciona una medida de la vibración del mismo. Los más habituales son los siguientes. El movimiento absoluto de la pieza o estructura se obtiene a partir de la medida del movimiento relativo entre ésta y el terminal fijo. Transductor de corrientes de Eddy (figura A. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 369 A . medida de forma continua. con la consiguiente pérdida de potencia en la señal. T R A N S D U C T O R E S Se conoce con el nombre de transductor a todo dispositivo que transforma valo­ res de variables físicas en señales eléctricas.4. se aísla y se une a la estructura fija.Transductor de resistencia variable. Este tipo de transductores se emplea no solo en la medida de vibraciones. En la medida de vibraciones se emplea el transductor de resistencia variable basado en galgas de silicio. La otra placa. Es apropiado para la medida del desplazamiento con referencia fi­ ja. Los transductores que emplean este efecto se denominan piezorresistivos o extensométricos y la disposición de los elementos varía de unos a otros. en el transductor. 10. la superficie metálica de éste se emplea como la placa de tierra del condensador. sino también en muchas otras aplicaciones. Se basa en el cambio de la resistencia eléctrica de un material conductor cuando es sometido a deformación. Sensor de proxim idad por corrientes de E d d y y driver de conexión Transductor capacitivo. - . Se basa en el cambio de capacidad entre dos placas conductoras cuando cambia la distancia entre ellas. que es la distancia que se desea medir. el cambio de resistencia con la deformación se de­ be principalmente a un cambio de la resistividad del material semiconductor. . En éste. Para la medida de vibración de un sistema mecánico.370 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Driver Cable de conexión Bobina Figura A. tales como el análisis estructural experi­ menta] (galgas extensiométricas) o la medida de fuerzas (células de carga). CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 371 - Los transductores de resistencia variable aplicados a la medida de vibraciones se emplean habitualmente para medir aceleración (acelerómetros piezorresistivos). Elem ento Pilar Los acelerómetros piezoeléctricos (figura A.APÉNDICE A. Los más comunes son el cuarzo y el PZT (cerámica polari­ zada a base de plomo. Estos materiales. Se basa en el hecho de que algunos materiales generan una carga eléctrica cuando son sometidos a un deformación o tensión mecánica. Cuentan con una masa sísmica unida a un elemento deformable en el que se mide la deformación por cambio de resistencia eléctrica del transductor. de forma que la vibración de la masa im­ plica la deformación del material piezoeléctrico. Además.ll. se emplean en senso­ res de vibraciones. El sistema así construido presenta un respuesta muy buena a vibraciones de baja frecuencia (hasta frecuencia nula). Dependiendo de la construc­ ción del sensor. Los sensores de vibración de este tipo contienen un material piezoeléctrico entre la base del sensor y una masa sísmica. Transductor piezoeléctrico. denominados piezoeléctricos. a estos dispositivos se les añade un sistema de amortiguamiento viscoso para extender su rango de validez a alta frecuencia consiguiendo una respuesta relativamente buena en los rangos más altos. el material piezoeléctrico puede estar sometido a esfuerzo cor­ tante (cizallamiento) o a compresión. Ambos casos se observan en la figura A . 12) pueden llevar incorporado de­ ntro de su carcasa un circuito básico de acondicionamiento y amplificación de la señal con el fin de lograr bajas impedancias de salida y facilitar la conexión a . zirconio y titanio). sobre todo a alta temperatura. su facilidad de montaje y su bajo coste comparados con transductores basados en otras tecnologías. En la actualidad. Sin embargo. genera un voltaje entre sus extremos que es proporcional al flujo magnético. al medir velocidad se puede obtener desplaza­ miento o aceleración con un solo paso (integración y derivación. Estos sensores cuentan con un circuito integrador que convierte el dispositivo en medidor de velocidad. comparado con los acelerómetros). T ran sd u cto r electrodinám ico (figura A. Estos transductores tienen aplicación cuando en los movimientos la velocidad es el parámetro más importante y tienen la ventaja de que no necesitan alimen­ tación externa. Acelerómetro de tipo pieioeléctrico Los sensores piezoeléctricos para la medida de vibraciones son sensibles a la aceleración debido al empleo de masas sísmicas. Así. la velocidad y la longitud del conductor. .372 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS diferentes equipos analizadores. En determinadas aplicaciones. 13). su reducido tamaño. esto no es posible y la etapa de amplificación de carga tiene lugar fuera del acelerómetro. Se basan en el hecho de que cuando un conductor eléctrico en forma de bobina se mueve dentro de un cam­ po magnético. 12. por lo que se utilizan para me­ dir aceleración (acelerómetros). estos transductores se emplean fundamentalmente para la medida de velocidad. Por otra parte. los dispositivos piezoeléctricos se han extendido mucho dentro del campo de la medida de vibraciones debido a su amplio rango de frecuencia. acelerómetros de baja impedancia. ace­ lerómetros con electrónica incorporada o ICP (Integrated Circuit Piezoelectric). Estos acelerómetros se conocen con los nom­ bres de acelerómetros en modo voltaje. respectivamen­ te) reduciendo los errores. poseyendo masas sís­ micas relativamente elevadas cuyo movimiento viene restringido por resortes de baja rigidez (en ambos casos. Figura A. existen algunos sensores que mi­ den velocidad. por lo que la señal analógica obtenida debe. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 373 Los inconvenientes fundamentales de estos transductores son el hecho de que incorporan un elemento móvil y también su tamaño relativamente grande. A . A N A L IZ A D O R Una vez que las señales procedentes de los transductores han sido acondiciona­ das.2. Cada señal entra al analizador por un canal de medida. En la actualidad este análisis se reali­ za. Un mismo analizador puede medir la señal de un transductor o de varios. Además. Transductor electrodinámico A .H APÉNDICE A.4. Así. De estas dos tareas se encar­ ga el módulo de acondicionamiento de señal. éstas son examinadas por el analizador.4. Figura A. En la práctica industrial se encuentran distintos tipos de analizadores que se pueden clasificar en analizadores de laboratorio y analizadores de campo. la señal suministrada por los transductores de medida de vibración es habitualmente de muy pequeña amplitud.3. lo que limita sus aplicaciones. ser digitalizada. Los pri­ . algunos tipos de transductores como los piezoeléctricos de electrónica incorporada y los piezorresistivos. M Ó D U L O D E A C O N D IC IO N A M IE N T O Como se ha comentado al inicio de este apartado. una característica im­ portante de los analizadores es el número de canales que poseen. requieren alimentación externa. por lo que antes de poder ser analizada debe ser amplificada y filtrada. prácticamente en todos los casos. en forma digital. antes que nada. 13. reali­ zando un análisis combinado de las vibraciones en distintos puntos y direcciones. Analizador de campo La conversión de la señal analógica a digital realizada por el analizador y su transformación del dominio del tiempo al de la frecuencia involucran una serie de operaciones que distorsionan la señal y que habrá que tener en cuenta. en teoría. de gran precisión y que cuentan con muchos canales de medida. 14). En su lugar se mide una porción temporal de la misma.15. Los analizadores de campo (figura A. se realiza un registro temporal finito. En primer lugar. es decir. lo que en realidad existe es . por el contra­ rio. Los dos efectos más importantes se conocen con los términos ingleses de leakage (pérdida) y aliasing. 14. no portátiles. - Leakage. son de menor tamaño. El procedimiento total y en qué paso se comete el error de leakage se muestra completamente en la figura A . Este efecto se debe al hecho de que al medir la vibración (adquisición de datos) no se obtiene la variación total de la variable y (t ) con el tiempo ya que. Figura A. habitualmente con cuatro o menos canales y están pen­ sados para llevarlos de un lado para otro por el campo realizando medidas en los diferentes puntos de la ruta de medida o mantenimiento. ésta dura un tiempo infinito.374 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS meros son equipos voluminosos. comenzando la me­ dia en un tiempo t¡ y finalizando en un tiempo í/. Además.t l [A. el valor de y al final del período no coincide con el valor de y al principio del período [es decir. Sin embargo. se obtienen solamente puntos del mismo. Estas ventanas tra­ tan de modificar la función y al principio y al final de la medida para intentar hacer coincidir los valores de la misma principio y el final del período de medi­ da. los puntos obtenidos no se corres­ ponderán con el espectro original ya que este error altera el espectro. Así. y que se ha obtenido la vibración durante un período completo. se asume que la vibración obtenida se repite indefinidamente siendo el período el tiempo exacto de medición (gráfico 4a). El re­ sultado de la multiplicación de estas dos funciones se muestra en el gráfico 3. Así.33] Así. A esta fun­ ción se le denomina habitualmente función ventana o ventana temporal. se conoce como error de leakage al error introducido por la falta de coincidencia de la señal al inicio y al final de la medida junto con el hecho de considerarla periódica cuando en realidad no lo es. el analizador considera que la vibración obtenida es periódica. mayor será el período T de la vibración periódica considera­ da.)]. la cual es: 2n c°i = — donde T = tf . el cual cuenta sólo con valores en frecuencias múltiplo de la frecuencia de repetición de la función. menor será el intervalo de frecuen­ cias en el que se obtienen puntos del espectro. Sin embargo. hay que considerar que si la falta de coincidencia de la función y al principio y al final del período es elevada. se puede realizar el desarrollo en serie de Fourier obteniendo el espectro en frecuencia discreto (gráfico 4b). en lugar de obtener el espectro en frecuencia continuo de la señal original.APÉNDICE A. como la vibración en realidad no es periódica. menor será la frecuencia coi y. la vibración real medida se está fal­ seando ya que en el cambio de período se produce un salto brusco en la variable y que modificará el espectro en frecuencia. de la vibración original se mide solamente una porción temporal. Después dado que la señal es periódica. . y(tj) ^ j(/. Esto equivale a multiplicar la vibración original y{t) por una función w\(t ) (gráfico 2) que vale 1 si t está de­ ntro del intervalo de medida [t„ tf] y 0 para cualquier otro valor de t. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 375 la vibración temporalmente infinita y(t) de un punto (gráfico la) que se corres­ ponde con un espectro en frecuencia continuo F( co). Para reducir el error de leakage se utilizan ventanas temporales que pueden ser diferentes dependiendo del tipo de señal que se va a medir. por tanto. Posteriormente. el cual podría obtenerse en teoría aplicando la transformación de Fourier (gráfico Ib). De forma que cuanto mayor sea el tiempo de medida. 15. Error de leakage durante la medida de una vibración . p o r tanto. un salto en el cam bio de p erío d o que contribuye a l error de leakage Figura A. Existe.376 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS R egistro tem poral fin ito período. l 7). Su nombre proviene de la función ha m in g que es una función senoidal variable entre 0 y 1 cuyo semiperíodo vie­ ne definido por a (figura A . sino que la ventana exponencial implica una modificación de la misma. la ventana uniforme puede conside­ rarse igual a una ventana hanning en la que a = 0. se conoce que el valor de la vibración será cero (o prácticamente cero) al principio de la medición. La ventana hanning posee un valor 1 durante la mayor parte del tiempo de me­ dición. Posteriormente se realiza el impacto (mientras se mide) y se termina de medir antes de que la vibración se amortigüe completamente (figura A. que se desea medir la vibración de un punto de una es­ tructura ante un impacto. 17). la vi­ bración llega a ser nula al final del registro con lo que. Se puede comprobar que la vibración registrada no es igual a la señal inicial. Otra ventana comúnmente utilizada en la medida de vibraciones es la que se co­ noce con el nombre de ventana hanning. Sin embargo. En este caso. se parece más a la ventana rectangular y modifica durante menos tiempo la señal original. Supóngase. 16). 16). Aunque en la figura A. 17 se ha representado una ventana hanning con un semi­ período hanning relativamente amplio (0. En el extremo. en la práctica el semipe­ ríodo puede ser pequeño. La amplitud a de entrada y salida puede adaptarse para que la variación de 0 a 1 sea más o menos progresiva. por ejemplo. tanto el ini­ cio como el final de la ventana varía senoidalmente hasta cero. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 377 La ventana temporal mostrada en la figura A. Por este motivo. haciendo cero la vibración medida al inicio y al final de la medición y consiguiendo. por lo que apenas modifica la función medida. 15 (gráfico 2) es conocida como ventana rectangular. La ventana hanning es una evolución de la ven­ tana uniforme. pero no será cero al final. al hacer la señal periódi­ ca se disminuye el error de leakage. Sin embargo. la ventana hanning es una de las más empleadas en la medición de vibraciones. dismi­ nuir el error de leakage. como se ha vis­ to. . Se comienza a medir antes del impacto (cuando la es­ tructura se encuentra en reposo o cuando la vibración es nula). de forma que el cambio es más brusco.5 segundos). a la que se le ha añadido un semiperíodo de función hanning en el inicio de la ventana y el otro semiperíodo al final de la ventana (figura A.APÉNDICE A. ventana uniforme o ventana tipo fuerza y. así. Por ello se suele emplear una ventana ex­ ponencial que llega a ser cero al final de la medida (figura A. este tipo de ventana no disminuye el error de leakage. 378 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS Figura A. 16. Medida de vibración con ventana exponencial . por lo que ha de suponerla de alguna manera. sino que se realizan lecturas instantáneas de la señal del transductor a espacios de tiempo regulares. Una de las formas más habituales consiste en asumir que la señal es . donde el período de la señal es T. Como se ha comentado anteriormente. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 379 1 Aliasing. aunque la digitalización posee algunos inconvenientes. posee numerosas e importantes ven­ tajas. la señal del transductor no se obtiene de forma continua durante todo el tiempo de medida.341 El analizador no conoce el valor de la señal del transductor en el tiempo que transcurre entre una medida y la siguiente. El aliasing es un efecto que se produce al digitalizar la señal obtenida. 18. se han to­ mado N = 18 medidas. Cuando el tratamiento es digital.APÉNDICE A. donde: . Asumiendo que se mide un período com­ pleto./ = — T A N [A. el analizador realiza N lecturas instantáneas de la señal del transductor. el análisis moderno de vibraciones es realizado digitalmente por los analizadores de vibraciones ya que. de 0 a 17). 18 muestra una señal periódica real obtenida mediante un transduc­ tor. distribuidas uniformemente a lo largo del período (en la figura A. La figura A. La separación temporal entre una lectura y la siguiente es At . < t <k . Una vez realizado este muestreo. 18). el cual pue­ de expresarse en forma compleja como sigue: [A. precisamente. sabiendo que para una misma señal el período T es invariable. para pasar del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia se utiliza el desarrollo en serie de Fourier.380 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS constante en el entorno de cada medida (figura A. Señal de vibración real y señal digitalizada El muestreo o digitalización de la señal es.37] . obteniendo una señal digitalizada escalonada que se parecerá tanto más a la señal original cuantas más lecturas se realicen (es decir. el analizador trabaja con la señal digital e ignora completamente la señal continua real proporcionada por el transductor. llamando a la señal real (continua) y{t).A t + ~ donde A-es entero. el proceso de obten­ ción de información discreta a partir de una señal continua.36] 0 donde: 2n co. cuanto menor sea el intervalo de tiempo At entre una medida y la siguiente. = — [A. la señal digitalizada yd(t) puede expresarse de la siguiente forma: >>¿(í) = í y ( ¿ . 18. Según lo dicho. cuanto mayor sea N) o.A / ) si k■ At ~ ^ . [A. y T Figura A.35] Siendo la señal real continua y periódica. . T i [ y ( k •.38] y [ k .±oo [A.±oo) no son independientes.. ( t y e .. se concluye que los diferentes coeficientes aportan información sobre una serie de frecuencias cuyo incremento (el salto entre cada frecuencia de la que se tiene información y la siguiente) es: .A i)'■ N -\ = -i2nk— N . = 7 b . habiendo un sumando por es­ calón. sino que los coeficientes Y„ desde n= 0 hasta n=N/2-1 se re­ piten simétricamente a partir de n=N/2. etc. Sin embargo. Sabiendo. que el coeficiente Y\ aporta información sobre la frecuencia coi. Teniendo esto en cuenta.+2.APÉNDICE A. por lo que solamente los NI2 primeros aportan información sobre la señal original. como sigue: r . conse­ cuentemente. sino que con o ce^ ?)? que es la señal digital formada por una sucesión de escalones dentro de cada uno de los cuales la función es constante..±l.. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 381 es la frecuencia de repetición de la señal periódica original y donde el coeficien­ te Y„ obtenido proporciona información sobre el contenido de la señal asociado a una frecuencia <»„ = n-coi. la integral del desarrollo en se­ rie de Fourier puede simplificarse a un sumatorio.. una aproximación del coeficiente Y„ real. se puede demostrar que: t n+N [A. que Y3 lo hace so­ bre 3a>i. « = 0. que el coeficiente Y2 aporta información sobre la frecuencia 2ooi.39] Yn / .’. = 1 k =0 -m — k — 2n.±2." ~ Yn A +» Esto indica que los infinitos coeficientes de la serie Yn (n = 0.±l. el analizador no conoce y(t).. El coeficiente Y„ obtenido es.A t )■ ~ k=0 T N y(k-At)-e N h Esta última expresión es conocida con el nombre de Transformada Discreta de Fourier (o TDF).’d. Si se cumple que y(t) es continua y T V es un número par.. que es una aproximación de la transformada de Fourier cuando se cuenta con una señal discreta o digital.. 382 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS ~ M s=(dt/'8 ~ ®S=C Ü 1 /4 COI \ I\ / /\ / / * — C0g— 3coj/4 Q 3s = 0 ) i Figura A. Señal de vibración real y señal digitalizada . 19. para llegar a obtener información de la señal a frecuencias elevada.v =3coi/4). para frecuencias de muestreo mayores (por ejemplo. la frecuencia máxima analizable por los N/2 primeros co­ eficientes es: N N 2n j max = ------CO.< cú|/ 2 es posible interpretar correctamente la frecuencia prin­ cipal de la señal original. Así. Filtro paso-bajo ideal frecuencia de muestreo “ máx cos Figura A. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 383 En estas condiciones.APÉNDICE A. 2 1 = ■2 i i 2 A t~ 2 * s [A. 20. Sin embargo.).41] donde cos=27i/At es la frecuencia de muestreo. 19 se muestra como ejemplo. Señal de vibración real y señal digitalizada En la figura A. es necesario disponer de un analizador capaz de alcanzar frecuencias de muestreo iguales al doble de las anteriores. para co. la mayor fre­ cuencia de la que se puede obtener información fidedigna (o realista) es la mitad de la frecuencia de muestreo. La conclusión a la que se llega es que utilizando la TDF aplicada a una seña! discreta (que puede ser obtenida a partir de una señal continua). Para co . los resultados obtenidos al muestrear una señal periódica (de frecuencia coi) con diferentes frecuencias de mues­ treo (co. se interpreta que la frecuencia principal de la se- . Número de líneas. Este problema se cono­ ce como aliasing. el análisis discreto de Fourier sigue siendo incorrecto en una pequeña zona cerca113. Estos parámetros son generalmente preguntados por el anali­ zador de vibraciones antes de comenzar la medida mientras que otros son obtenidos de los análisis realizados sobre la misma. denominada frecuencia alias (< x > a]ias). la TDF indica que la frecuencia de la señal es otra distinta de la real (defecto de aliasing ). Este parámetro define el número de líneas de resolución utilizadas en el algoritmo FFT (Fast Fourier Transform o Transformada Rápida de Fourier). En el dominio de la frecuencia (figura A. en la práctica. ambos picos aparecerán como uno solo). para seña­ les de frecuencia coi superior a la frecuencia máxima del análisis (Mmáx^s/2).384 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS ñal original es menor que la real. Sin embargo. El primero indica la frecuencia máxima que se desea medir y el segun­ do la frecuencia mínima.=cc»i.5. Algunos de ellos se describen a continua­ ción.20) el aliasing implica que. la señal es filtrada con un filtro paso-bajo que excluye solamente las frecuencias por encima de la máxima especi­ ficada. La resolución de la frecuencia influye sobre la capacidad del anali­ zador para distinguir dos picos de frecuencia relativamente juntos como picos separados (si la resolución es baja. consecuentemente. 3 COmáx* A. Rango de frecuencia: frecuencia máxima y frecuencia de corte inferior. CONCEPTOS ASOCIADOS A LA MEDIDA DE VIBRACIONES Aparte de los conceptos anteriormente descritos. el filtro real tiene una atenuación progresiva de la señal y. Estos dos parámetros especifican el rango de medida en el dominio de la fre­ cuencia. Este defecto no puede corregirse digitalmente. Normalmente. dejando invariables las compo­ nentes de frecuencias inferiores (figura A. si co. se interpreta que la se­ ñal muestreada es constante y que su frecuencia es cero. El filtro ideal es un filtro paso-bajo que elimine todas las compo­ nentes de la señal a partir de la frecuencia com áx. pudiendo demostrarse que coa|ias = 2©tnax— ©i. aunque se miden frecuencias por debajo de la frecuencia de corte inferior. éstas son ignoradas y no se utilizan para determinar el nivel global de la señal. - . Sin embargo. En particular. por lo que debe solu­ cionarse antes de la digitalización filtrando analógicamente la señal real (filtro anti-aliasing).20). la medida de vibraciones de máquinas involucra numerosas operaciones para las que resulta necesario especifi­ car otros parámetros. la conversión no es posible o no tiene sentido. Este parámetro permite especificar el número de medi­ das que se realizarán de la misma señal. En otros casos de transductores. Número de promedios. En la mayoría de los analizadores se puede seleccionar uno de varios tipos de ventanas temporales.APÉNDICE A. este dato se guarda en la base de datos de medidas junto a la me­ dida. Con este dato. CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 385 - - - - - - - Tipo de ventana. por ejemplo y dada la aleatoriedad de la señal. Régimen de giro de referencia. el uso de estas ventanas influye sobre el defecto de leakage. Carga de referencia. Dependiendo de la fuente de vibración y de la finali­ dad de la medida. el analizador puede mostrar el espectro en frecuencia de la señal indicando las frecuencias que son múltiplos de la frecuencia de giro. Así. Como se ha visto anteriormente. Para la mayoría de las aplicaciones se recomienda utilizar la ventana hanning. donde G es la gravedad terrestre. es posible medir una señal utilizando un acelerómetro (el cual mide la aceleración) e indicarle al analizador que convierta la señal a velocidad (mediante integración) y que realice el análi­ sis en unidades de velocidad. Así. sino que solamente lo guarda como una referencia útil para el operador. muchas componentes de la vibración resultante están relacionadas con la fre­ cuencia de giro de la máquina. Permite especificar el tipo (aceleración. desplaza­ miento. Después se toma el promedio de todas ellas para el cálculo FFT. de forma que se puede realizar un estudio de la influencia del grado de carga a la que trabaja la máquina y la vibración que se produce en ella. transductor de desplazamiento. Este valor no es utilizado por el analizador. Tipo de medida. transductor de velocidad. En algunos ca­ sos. sonda térmica y mi­ crófono. Tipo de sensor.) de medida sobre el que se desea realizar el análisis. Si se está realizando una monitorización discontinua de una máquina. velocidad. relacionar los picos de frecuencia obtenidos con la frecuencia de gi­ ro. Este parámetro indica el porcentaje de carga a la que está funcionando la máquina sobre la que se va a realizar la medida. Sensibilidad. Esto sirve al operador para buscar coincidencias entre las frecuencias de los picos mayores y las frecuencias múltiplo de la frecuencia de giro. una sensibili­ . se recomiendan de cuatro a diez promedios. poste­ riormente. En el caso de acelerómetros. En medi­ das sobre máquinas rotativas. Los transductores más habituales son: acelerómetro. la sensibilidad se mide ge­ neralmente en mV por G. El analizador solicita este parámetro para. Permite especificar el tipo de transductor que se está emplean­ do para realizar la medida. el analizador puede convertir la unidad natural del transductor en otra uni­ dad realizando una integración o una derivación. Cuando se mide sobre máquinas rotativas. se recomienda un numero diferente de promedios. etc. La sensibilidad es el número de voltios por unidad de medida que produce el transductor. las únicas fuerzas excita­ doras). El analizador realiza la transformación rápida de Fourier (FFT) y obtiene el es­ pectro en frecuencia. La vibración en el dominio del tiempo obtenida por el analizador está represen­ tada en la figura A. 5. por tanto.059 mm/s). ven­ tana hanning y 4 promedios. 170. se observa que en el espectro existen dos picos muy importantes. y vibración asincrona al resto. se ha de obtener la frecuencia de rotación de cada uno de ellos.400 rpm.21.22).6. Haciendo una breve diagnosis del funcionamiento de la máquina. Los otros tres de importancia media se dan a 38.550 rpm. Esto supone que la vibración temporal es muy aproximada a la suma de estos cinco movimientos armónicos simples. la combinación de varias funciones senoidales de diferente amplitud y fre­ cuencia.009 mm/s). En los resultados del análisis realiza­ do en una medida de vibración el analizador de vibraciones puede dar datos del porcentaje de la energía vibratoria síncrona.018 mm/s). el cual indica cuales son las frecuencias a las que existe una mayor amplitud de vibración (figura A.386 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS - dad habitual en los acelerómetros es 100 mV/G. Además.4Hz (0. Los dos más importantes se dan a 85. más sensible es el transductor.008 mm/s) y 298. Como transductor se ha utilizado un acelerómetro piezoeléctrico y se ha indicado al analizador que convierta la señal a velocidad (mm/s).21Hz (0. EJEMPLO DE MEDIDA Como ejemplo.48Hz (0. el cual se ha configurado para medir entre 5 y 400 Hz empleando 400 líneas. otros tres de menor amplitud y finalmente varios menores.100 rpm y 2. a la parte de la energía vibratoria que tiene lugar a la frecuencia de giro del eje analizado o sus múltiplos enteros. fundamental­ mente. Vibración síncrona. subsíncrona y asincrona. En este caso. subsíncrona y asincrona. Se denomina vibración subsíncrona a la que tiene lugar a frecuencias inferiores a la de giro. Se denomina vibración síncro­ na para las medidas en los apoyos de un eje. A. .3Hz (0. En ella se puede interpretar que la señal es. Cuanto mayor es el número de mV por unidad medida. La medida se ha llevado a cabo utilizando un analizador portátil. se ha realizado una medida de vibración sobre una máquina pe­ queña con tres rotores independientes a velocidades nominales de 5.61Hz (0. para relacio­ nar las frecuencias de los picos obtenidos en el espectro con los elementos rotativos (que son los únicos que están en movimiento y. siendo es­ tos datos de interés para el diagnóstico de algunas causas de vibración.061 mm/s) y a 42. el analizador proporciona una lista numérica de los picos (frecuencia y valor) que figuran en el espectro. 7 DflTfl 100 1 .4 1 7 5 .0 0 3 7 1 1 FREQUENCV 1 5 7 .22.004041 .1 DfiTfl 001777 008112 000897 001277 001418 FREQUENCV 25 5 .0 5 8 8 5 .3 1 9 2 .0 0 0 7 9 3 .6 154.6 213 . 1 3 F.0 0 1 1 7 4 .61 5 6 .0 0 3 7 3 5 .3 3 3 8 .7 29 8 .2 DRTfl 0. 002697 FREQUENCV 85 .0 0 3 1 2 6 . CONCEPTOS BÁSICOS DE VIBRACIONES Y SU MEDIDA 387 PUNTO t t [ .3 5 .0 0 0 7 1 7 Figura A.6 0 8 2 4 .06127 .0 1 8 4 8 0 .0 0 1 3 4 6 . Espectro en frecuencia de la vibración .0 0 1 1 2 5 .APÉNDICE A.9 3 7 5 . RUTA -fi-1 CHfiNNEL f i: FREQUENCV DfiTfl 7 .6 9 140.21 89 .4 8 4 2 .0 0 6 8 1 8 0 .3 3 0 8 .3 3 4 0 .6 1 7 0 . .009004 . gira a 85 rev/s o bien 85Hz. Finalmente. Dado que los rotores desequilibrados son generado­ res de vibraciones de elevada amplitud a la frecuencia de rotación.2. el rotor que 3 gira a 2.61Hz) se debe al rotor 3 que también está desequilibrado en cierta medida. El segundo mayor pico (42.0 Hz 5.388 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS El rotor 1 que gira a 5.400 rpm = 90.0.061 mm/s 42. La tabla A.61 H z .400 rpm lo hace a 90 rev/s o a 90Hz. Relación entre las velocidades de los rotores y las frecuencias de los picos en el espectro . se puede inter­ pretar que el pico de mayor amplitud (85.059 mm/s Conclusión Rotor bien equilibrado Rotor desequilibrado Rotor desequilibrado Tabla A.5 rev/s o 42. Finalmente.21 H z .100 rpm.5 Hz Pico asociado en el espectro 89.550 rpm = 42.2FIz) es generado por el rotor 2 que pre­ senta un cierto grado de desequilibro.69 H z .0.2 muestra un resumen del diagnóstico.5Hz.001 mm/s a 89.100 rpm = 85.550 rpm lo hace a 42. por lo que se puede deducir que se trata de un rotor muy bien equilibrado.69Hz). El rotor 2 que gira a 5. el rotor 1 que gira a 90Hz no tiene asociado un pico importante a esa frecuencia en el espec­ tro (solo 0.0.001 mm/s 85.0 Hz 2. Elemento Rotor 1 Rotor 2 Rotor 3 Velocidad nominal 5. Publ. [CD-ROM ]. M. (1998): Tecnología del Mantenimiento Industrial. EISENM AN N. F ag Española (1978): Montaje de Rodamientos. G EITN E R . ElSEN M A N N . C HA STAIN ... L. Barcelona. B. H. Universidade da Coru­ ña. (1997): Practical Machinery Management fo r Proc- ess Plants. — (1999): Vibraciones Mecánicas. Edmonton. FRAGA LÓPEZ. New Jersey. . (2000): Industrial Mechanics and Maintenance. A Coruña. Universidade da Coruña. G ulf Publishing Company. J r. (2006): Fundamentáis o f Preventive Maintenance. SR. New Jersey. C. R. Diagnóstico de Averías. Malfunction diagnosis a n i­ eles. Houston. Volume 4. (1988): IP T ’ s Industrial Trades Handbook. J.. M ajor Process Equipment Maintenance and Repair. C. Prentice Hall. K. (1998): Machinery Malfunction Diagnosis and Correction. ( 1 9 9 9 ) : Machine Library. G R O SS. Murcia. F. C. GÓMEZ DE León. Lightning Source Inc. M. P. IPT Publishing and Training cop. 80 100 SB. P. Prentice Hall. Univer­ sidad de Murcia. R. (1998): Análisis Dinámico de Máquinas Rotativas por Vibracio­ nes. F.BIBLIOGRAFÍA BASA RABA. B e n t l e y N EV A D A C o r p . A Coruña. BLOCH. New York. N orton.. Boston. M O B LE Y . 5a ed. Marcel Dekker. R. J. L. VARGA. LlPO V SZK Y G. 4a ed. McGraw-Hill. J. H lG G IN S. R. New York. J. Industrial Press. Marcel Dekker. Barcelona. D. I. SÓLYOM VÁRI. (1995): Shaft alignment handbook. H A R R IS. M. LEVITT. (1990): Vibration Testing o f Machi­ nes and their Maintenance. New York.. Suecia. New Jersey. PO RR ITT. Editorial Hispano Europea. New York. J. 3a ed. W. L. (1995): Maintenance Engineering Handbook . (1999): Diseño de máquinas. LITTO N . IN M A N. (2001): Lubrication and Reliability Handbook. (1993): Introducción al TPM..390 MANTENIMIENTO MECÁNICO DE MÁQUINAS GRUPO SKF (1992): Manual SKF de Mantenimiento de Rodamientos. G. Boston. J. (1986): Couplings and Joints. Madrid. M. (2003): Complete Guide to Preventive and Predictive Maintenance.. Prentice-Hall. Butterworth- Heinemann. PlO TRO W SK I. (1999): Maintenance Fundamentáis. Linde In­ formation AB. N eale. R. Amsterdam. (1992): Reliability-Centred Maintenance. (1996): Engineering Vibration. M. K. Industrial Press. Elsevier Science Publishers. New York. Butterworth-Heinemann. (1974): Mantenimiento y Reconstrucción de Maquinaria. J. N A K A JIM A . MANCUSO. C . (1995): Shock and Vibration Handbook. R. . McGraw-Hill. S. Tecnologías de Gerencia y Producción. PLA N T.. J. Prentice Hall. México... MOUBRAY. K. S. . — (1995): Machinery Vibration..A. New York. Balancing. SMITH. Amsterdam. (2003): Gear Noise and Vibration (2aed. (2000): Machinery Vibration. SCHEFFER C. GlRDHAR P. S. New York. J. New Jersey. Prentice Hall. Álava.). (2004): Practical Machinery Vibration Analysis and Predictive Maintenance. BIBLIOGRAFÍA 391 PREDITEC S.).APÉNDICE B. WOW K. R ao. D. V. Ed. CRC Press. Newnes. Preditec. McGraw-Hill. (1997): Curso de análisis predictivo de vibraciones I-Monocanal (apuntes del curso). (2003): Mechanical Vibrations (4aed. Alignment. McGraw-Hill.