Código Manual7-03-1123 Mecánica Básica DIRECCIÓN RECURSOS HUMANOS PLANIFICACIÓN DE RECURSOS HUMANOS Y CENTRO DE FORMACIÓN LA TOBA Autor: EQUIPO TÉCNICO DEL CENTRO DE FORMACIÓN DE ARCELOR MITTAL ASTURIAS (LA TOBA) Este manual está depositado en el Centro de Formación de Arcelor Mittal Asturias (La Toba) Para adquirir ejemplares o solicitar su reproducción, dirigirse a dicho departamento Avilés, febrero de 2007 D.L.: AS-1063/2007 Compuesto e impreso en Grafinsa Álvarez Lorenzana, 27. 33006 OVIEDO INTRODUCCIÓN Estructura del Manual 1 2 3 4 5 6 7 MECÁNICA Y MECANISMOS Pág. 1—1 ÚTILES DE MEDICIÓN Pág. 2—1 LUBRICACIÓN Pág. 3—1 ENGRASE CENTRALIZADO Pág. 4—1 ACOPLAMIENTOS Pág. 5—1 RODAMIENTOS Pág. 6—1 FRENOS Pág. 7—1 5 MECÁNICA Y MECANISMOS Mecánica y mecanismos 1. Sistema de roscas 2. Órganos de transmisión de movimiento 3. Transmisiones por correas trapeciales 4. Cables de acero 5. Cadenas de transmisión 6. Árboles articulados 7. Reductores de velocidad 8. Muelles 9. Empaquetaduras 10.Cierres mecánicos 1—3 Mecánica y mecanismos 1 Sistema de roscas Tornillos y tuercas Se llama en mecánica TORNILLOS a cualquier pieza que tenga una parte cilíndrica o casi cilíndrica con una canal en forma de HÉLICE (1) continua (figura 1). Si una pieza posee un agujero cilíndrico cuya superficie interna esté acanalada en forma de hélice, diremos que es una TUERCA (figura 1). Figura 1. Tornillo y tuerca Los tornillos y las tuercas tienen innumerables aplicaciones: sujetar unas piezas a otras, como los tornillos que unen el motor del automóvil al bastidor, transmitir y transformar fuerzas, como el husillo de una prensa, guiar un movimiento, etc. 1—4 Roscas Rosca es la parte acanalada de un tornillo o tuerca. La rosca de un tornillo se puede considerar como un cilindro, llamado NÚCLEO, sobre el cual se han arrollado uniformemente uno o varios prismas de sección triangular o bien cuadrada, trapecial, etc. (figura 2). Dichos prismas se llaman HILOS o FILETES de rosca. Figura 2. Formación del tornillo (1) La HÉLICE es una curva geométrica que tiene forma de escalera de caracol, llamada muchas veces impropiamente espiral. 1—5 Clasificación de roscas Las roscas pueden clasificarse de diversas maneras. 1 . Según el NÚMERO DE FILETES se clasifican en: • Roscas de UNA ENTRADA (figura 2), que tienen un solo filete. • Roscas de VARIAS ENTRADAS (figuras 3 y 4), que tienen varios filetes. Figura 3. Tornillo de dos entradas Figura 4. Tornillo de tres entradas Se llaman entradas a los extremos de las canales que quedan entre filete y filete. 2. Según la forma del FILETE pueden ser: • Roscas TRIANGULARES (figura 5a), cuando la sección del filete tiene aproximadamente la forma de un triángulo. Son las más usadas. Figura 5. Diversos perfiles del filete: a) triangular; b) trapecial; c)cuadrado; d) redondo; e) de dientes de sierra 1—6 • Roscas TRAPECIALES (figura 5b), cuando la sección del filete tiene forma de trapecio isósceles. • Roscas CUADRADAS (figura 5c). • Roscas REDONDAS (figura 5d). • Roscas de DIENTES DE SIERRA (figura 5e), cuya sección tiene la forma de un trapecio rectángulo. 3. Según su POSICIÓN las roscas se clasifican en: • Roscas EXTERIORES, si pertenecen al tornillo. • Roscas INTERIORES, si pertenecen a la tuerca. 4. Según su SENTIDO se dividen en: • Rosca a DERECHA (o dextrórsum) (figura 6), cuando al avanzar giran en el sentido de las agujas de un reloj. • Rosca a IZQUIERDA (o sinistrórsum) (figura 7), cuando al avanzar giran en sentido contrario al de las agujas de un reloj. Figura 6. Rosca a derecha Figura 7. Rosca a izquierda Elementos fundamentales de una rosca Los HILOS O FILETES tienen una base sobre la cual se apoyan, unas caras laterales llamadas FLANCOS, y una superficie superior llamada CRESTA O VÉRTICE (figura 8). 1—7 Figura 8. Elementos de una rosca Tanto la cresta como el fondo no suelen tener forma de ángulo, sino forma recta o redondeada para mayor resistencia y mayor facilidad en la fabricación de la rosca. Excepto en las roscas cuadradas, la cresta es siempre menor que la base, por lo cual la anchura del filete va disminuyendo de abajo arriba, mientras que el vano va aumentando. Existe, pues, un punto en el cual la anchura del filete es igual a la del vano, al cual llamaremos PUNTO MEDIO DEL FLANCO, aunque no se encuentre casi nunca exactamente en el centro del flanco (figura 9). Figura 9. Dimensiones de una rosca 1—8 Dimensiones fundamentales de una rosca. Símbolos Cada tipo de rosca tiene forma distinta, pero hay dimensiones que son fundamentales en todas las roscas y que interesa conocer. A continuación estudiamos cada una de dichas dimensiones, poniendo entre paréntesis el símbolo con que se las designa. AVANCE (a): es la distancia que recorre una rosca en la dirección de su eje al dar una vuelta completa (figura 10). Figura 10. Avance y paso PASO (p): es la distancia del centro de un filete al centro del filete contiguo (figuras 9, 10 y 11). Es evidente que en las roscas de una sola entrada el avance será igual al paso multiplicado por el número de entradas (figura 10). Hasta ahora muchas veces se llamaba PASO a lo que nosotros llamamos avance, y a lo que nosotros llamamos AVANCE se le llamaba DISTANCIA ENTRE FILETES (véase la hoja de normas UNE 17.002). DIÁMETRO EXTERIOR (d, d'): es el diámetro mayor de una rosca (figura 9). El diámetro exterior se mide en el tornillo del vértice al vértice. En cambio en la tuerca se mide del fondo al fondo y se le llama DIÁMETRO DEL NÚCLEO (figura 9). En la tuerca se mide de cresta a cresta y se le llama DIÁMETRO DEL AGUJERO (figura 9). DIÁMETRO MEDIO (d2, d'2): el diámetro medio, llamado también DIÁMETRO DE LOS FLANCOS, es el diámetro de una su- perficie cilíndrica imaginaria que pasa por los puntos medios de los flancos (figura 9). 1—9 Figura 11. Dimensiones del filete Es muy importante observar que, en la práctica, la rosca del tornillo y de la tuerca no tienen exactamente el mismo diámetro, sino que los diámetros interior y exterior del tornillo son respectivamente menores que los diámetros interior y exterior de la tuerca. Por esto, entre el vértice o cresta de los filetes de la tuerca y el fondo del tornillo queda un espacio vacío llamado JUEGO u holgura (figuras 11f y 11g). Lo mismo sucede con la cresta de los filetes del tornillo y el fondo de la tuerca. ÁNGULO DE LA ROSCA (a): es el ángulo que forman los dos flancos (figura 11). El ángulo de la rosca se supone medido en el plano que pasa por el eje de la rosca, o sea, en un corte a lo largo del tornillo. PROFUNDIDAD DE LA ROSCA (h1): la profundidad de la rosca, llamada también ALTURA DEL FILETE, es la distancia que hay entre la cresta y la base del filete Sistemas de roscas En el campo de la industria se han empleado numerosísimos tipos de roscas. Para disminuir la confusión y ahorrar gastos se ha procurado en los diversos países NORMALIZAR las roscas, o sea, clasificarlas en grupos según su forma y 1—10 aplicaciones; dentro de cada uno de esos grupos establecer las proporciones más convenientes y una serie de medidas normales convenientemente escalonadas para que puedan cubrir las necesidades comunes. Se llama SISTEMA DE ROSCAS cada uno de los grupos en que se pueden clasificar las roscas normalizadas con las especificaciones o reglas que deben cumplir. ROSCA MÉTRICA Los sistemas de rosca que se fundan en el sistema métrico decimal sólo varían de unos a otros en pequeños detalles en la forma del fondo de la rosca, coincidiendo en todo lo demás. Nosotros estudiaremos el Sistema Internacional y daremos después idea de la diferencia que presentan las otras dos variantes: rosca métrica francesa y rosca métrica DIN. SISTEMA INTERNACIONAL PROPORCIONES DEL FILETE. En el Sistema Internacional (S.I.) el ángulo de la rosca vale 60°. La forma del filete es un triángulo equilátero con el vértice truncado y el fondo de la rosca redondeado (figura 12), siendo el lado del triángulo igual al paso de la rosca. La forma del filete es teóricamente igual en el tornillo que en la tuerca, y existe juego en las puntas. Figura 12. Rosca Sistema Internacional EL TRUNCAMIENTO de la cresta mide la OCTAVA PARTE DE LA ALTURA del triángulo equilátero, y el REDONDEAMIENTO del fondo aproximadamente la DIECISEISAVA parte de dicha al- tura (figura 12). Por esto entre la cresta de un filete y el fondo de la rosca contraria queda un juego que mide aproximadamente la dieciseisava parte de dicha altura (figura 12). 1—11 De lo dicho, y llamando p al paso y aplicando fórmulas y teoremas geométricos, se deducen las siguiente proporciones para el filete: Ángulo de la rosca Altura del triángulo Profundidad de la rosca Profundidad superior Profundidad de contacto Juego en el vértice α = 60° h = 0,866 · p h1 = 0,0703 · p h2 = 0,325 · p h4 = 3 /4 · h= 0,650 · p f = 1/16 · h= 0,054 · p ROSCA WHITWORTH PROPORCIONES DEL FILETE. En el sistema Whitworth (S.W.), el ángulo de la rosca vale 55°. La forma del filete es un triángulo isósceles con el vértice y la cresta redondeados, siendo el lado menor de dicho triángulo igual al paso de rosca (figura 13). Figura 13. Rosca Sistema Whitworth El redondeamiento de la cresta y el fondo mide cada uno la sexta parte de la altura del triángulo isósceles, con lo cual la altura del filete viene a ser igual a las dos terceras partes de la altura de dicho triángulo. Teóricamente no existe juego en la rosca whitworth. Sin embargo, excepto en roscas estancas, la cresta del filete se hace también achaflanada para dejar holgura. En este caso el diámetro nominal no es el diámetro exterior del tornillo, que ha quedado reducido por el truncamiento, sino el exterior de la tuerca. 1—12 Siendo p el paso de la rosca, las dimensiones del filete son: Ángulo de la rosca Altura del triángulo Profundidad de la rosca Profundidad superior Radio del redondeamiento α = 55° h = 0,960 · p h1 = 0,640 · p h2 = 0,320 · p r = 0,137 · p ROSCAS FINAS Las roscas finas son semejantes a las roscas de sujeción, por teniendo igualdad de diámetro poseen un paso más pequeño y, por tanto, una profundidad de rosca menor (figura 14). Figura 14. Roscas finas Se emplean las roscas finas en todos aquellos casos en que las roscas normales de sujeción resultan con un profundidad demasiado grande para el espesor disponible, como en husillos huecos, tubos, etc. (figura 14). ROSCA GAS La rosca de gas (Rg) tiene la forma del filete igual que la whitworth, pero tiene un paso mucho más fino que la rosca normal (figuras 14 y 15) y nunca lleva juego en los vértices. 1—13 Figura 15. Rosca de gas Se emplea en tubos cuando se necesita un cierre estanco sin necesidad de materiales auxiliares. Otra diferencia importante es que el diámetro nominal no es el diámetro exterior del tornillo, sino el interior del tubo a que corresponde (figura 15). Así, una rosca de gas 1 1/2 quiere decir una rosca correspondiente a un tubo cuyo diámetro interior mide 1 1/2". DIÁMETRO DE TUBOS MÁS CORRIENTES existen varios espesores para cada diámetro nominal de tubos generalmente el diámetro exterior de los tubos no varía con los espesores. NOTA: 1—14 Medición y verificación de roscas La medición de roscas se refiere principalmente a dos casos: • Averiguar cuál es el sistema a que pertenece un tornillo o tuerca dados y sus dimensiones nominales (identificación de una rosca). • Verificar la exactitud de las medidas de una rosca construida o en construcción. En el primer caso se tratará, en general, de una medición aproximada, por la cual deberemos hallar el PASO y el DIÁMETRO NOMINAL; en el segundo, de una medición de más o menos precisión, que se referirá principalmente al DIÁMETRO DE LOS FLANCOS, AL ÁNGULO o a TODO EL PERFIL DE LA ROSCA. A) El PASO lo podremos hallar por varios procedimientos: 1. El más rápido y sencillo es hacer uso de la plantilla de PEINES que se ve en la figura 16. Para los casos corrientes hay que disponer por lo menos de dos juegos, uno para rosca whitworth y otro para rosca métrica. Figura 16. Utilización de los PEINES de medir pasos de rosca Como el paso de una rosca está generalmente ejecutado con precisión, será preciso que la plantilla coincida exactamente con la rosca. Una pequeña inexactitud nos debe hacer sospechar, no un defecto de construcción de la rosca, sino la falsedad de la comprobación. En este caso deberemos probar otro peine del mismo o de distinto sistema. 1—15 En la figura 17 se indican los errores más corrientes al utilizar las plantillas de peines para roscas. Figura 17. Defectos en la utilización de los peines, (a) el tornillos tiene menor paso; (b) el tornillo tiene mayor paso; (c) el tornillo tiene mayor ángulo; d) el tornillo tiene menor ángulo 2. En el caso de no tener a mano los peines se puede medir el paso de un tornillo utilizando UN CALIBRADOR o una REGLA. En este caso no debemos medir nunca un sólo hilo sino varios, para conseguir una cierta exactitud en la medida. Si se trata de rosca whitworth tomaremos en el calibrador o en la regla una longitud de 1" y contaremos en número de hilos contenidos en ella (figura 18a). Figura 18. Medición del paso: (a) en la rosca de paso inglés; (b) en la rosca de paso métrico Si se trata de ROSCA MÉTRICA, tomaremos un número de hilos determinado, por ejemplo, 10, y mediremos la longitud que ocupan (figura 18b); después dividiremos la medida obtenida por el número de hilos, y ése será el paso. 1—16 Si no sabemos a qué sistema pertenece el tornillo procederemos como se ha indicado para la rosca métrica, obteniendo de esta manera el paso exacto aproximado en mm; después consultaremos las tablas para ver a qué paso de los normales corresponde o se aproxima el resultado obtenido. Es muy importante en cualquier caso el hacer la medición de cresta a cresta, contando en cambio el número de vanos (figura 19). De lo contrario, llegaremos a un resultado falso. Figura 19. Manera de contarlos filetes En el caso de tratarse de tuercas y no disponer de peines se puede introducir en el agujero de la tuerca un pedazo de papel algo fuerte, que se oprimirá con el dedo o con un trocito de madera contra los filetes, manchados previamente con grasa o algún colorante. De esta manera las crestas quedarán marcadas sobre el papel y podremos hacer la medición con la regla o el calibrador, como se indicó para los tornillos. Únicamente habrá que tener la precaución de hacer la medición en la dirección del eje de la tuerca. 3. Cuando dispongamos del TORNILLO Y LA TUERCA, podremos medir el PASO dando un número de vueltas al tornillo y midiendo con el calibrador lo que ha avanzado. Después dividiremos la longitud por el número de vueltas y tendremos el avance por cada una de ellas. Si la rosca es de una entrada, éste será el paso. De lo contrario, dividiremos el resultado por el número de entradas. B) IDENTIFICACIÓN DE LA ROSCA. Una vez hallado el paso, deberemos hallar el DIÁMETRO NOMINAL. Para ello mediremos con el calibrador el diámetro exterior del tornillo, que coincidirá aproximadamente con dicho diámetro nominal, exceptuando el caso de rosca de gas (rosca de tubo). 1—17 Si no disponemos más que de la tuerca, mediremos el diámetro del agujero y calcularemos el diámetro exterior del tornillo, como vimos anteriormente. Averiguando el paso y el diámetro exterior, deberemos en general hacer uso de las tablas, para ver a qué tipo de rosca corresponden ambos datos, teniendo en cuenta que la medida del diámetro, en general, habrá resultado solamente una aproximación. OBSERVACIONES: 1. Los tipos de tornillos más frecuentes terminan aprendiéndose de memoria en la práctica, con lo cual no será necesario consultar la tabla. En la parte posterior de los calibradores es frecuente encontrar una pequeña tabla para la rosca whitworth. 2. Si no encontramos en las tablas el tipo de rosca que andamos buscando, o en caso de duda, conviene repetir la medición. 3. A veces se trata de un tipo especial de rosca no normalizado. En este caso deberemos efectuar una medición de más precisión, como se indica en otro capítulo, para averiguar las dimensiones exactas. 4. Una forma aproximada de identificar una rosca es intentar introducir el tornillo o la tuerca desconocidos en otras tuercas o tornillos conocidos, para ver si se acoplan. Sin embargo, este método puede dar lugar a errores, sobre todo si se trata de pocos filetes. 1—18 1—19 ROSCADO A MANO Una rosca exterior (tornillo) o interior (tuerca) se puede hacer de dos maneras: a mano o a máquina. Las máquinas que se emplean generalmente son tornos y máquinas especiales de roscar. Para el rocado a mano de tuercas se emplean los MACHOS DE ROSCAR y para hacer tornillos las TERRAJAS DE ROSCAR. De los tornos, las máquinas de roscar y su funcionamiento nos ocuparemos en otro volumen. 1—20 MACHOS DE ROSCAR Los machos son tornillos de acero con canales o ranuras longitudinales, cuyas dimensiones son las propias para la rosca que debe hacerse (figura 20). Figura 20. Juego de machos de roscar Se emplean generalmente juegos de tres machos (a veces dos), repartiéndose el tallado del material como puede verse en la figura 21. El primer macho es cónico en casi toda la longitud y sirve para abrir paso a los otros. El segundo sólo es cónico hasta la mitad, y el tercero es cilíndrico casi en toda su longitud. Las ranuras que llevan los machos en la parte roscada sirven para dar al macho los ángulos de corte apropiados y permitir la salida de la viruta que se corta en la operación. Las ranuras pueden ser rectas o helicoidales. Éstas tienen la ventaja de dar a los dos flancos o aristas cortantes el mismo ángulo de desprendimiento. Se hacen de manera que queden perpendicularmente a la hélice del tornillo. 1—21 Figura 21. Perfil de los machos de roscar Figura 22. Sección transversal de los machos de roscar La sección normal puede verse en la figura 22. Los machos llevan un pequeño destalonado para evitar el roce continuo de todo el perfil de la rosca. Por esta razón cuando un macho es reafilado, su diámetro queda algo más pequeño, y será preciso emplear, al menos. para el tercer macho, uno con las dimensiones originales, para que la tuerca no quede menor de la medida. En el mango llevan una mecha cuadrada para ser volteados en la operación de roscado por unos útiles llamados BANDEADORES (figura 23), los cuales pueden ser de agujero fijo o regulable para diversos tamaños (figura 23b). Figura 23. Bandeadores: (a) corriente; (b) ajustable Estos bandeadores regulables deben emplearse con gran precaución con machos pequeños, ya que teniendo mucho brazo de palanca, con facilidad pueden romper los machos por someterlos a un esfuerzo superior al que admiten. Por esta razón son preferibles los fijos, de un tamaños de brazos adecuados al macho que deban voltear. Todos los machos deben llevar marcadas, de manera indeleble, las medidas nominales. 1—22 En la rosca métrica algunos fabricantes marcan el paso en centésimas de milímetro, y así en vez de M 8 x 1,25 escriben M 8 x 125. COJINETES O TERRAJAS Son tuercas de acero templado, enteras o en mitades, que sirven para tallar tornillos. Su forma más corriente puede verse en la figura 24. Lo mismo que los machos, están provistos de ranuras, y los dientes también son destalonados. Figura 24. Cojinetes o terrajas de roscar Con las terrajas EN DOS MITADES se hace el tornillo en varias pasadas. Hacen el trabajo más suave y por consiguiente fatigan menos el material del tornillo que se rosca y al propio operario. Los cojinetes enteros producen los tornillos de una sola pasada; hacen, pues, un trabajo más rápido y económico, pero se deben usar con gran cuidado para que no arranquen porciones de filete. Estas terrajas o cojinetes pueden regularse entre ciertos límites por medio de uno o varios tornillos. Igual que los machos, también las terrajas deben llevar marcas donde se indiquen sus características de diámetro y paso. Las terrajas se emplean con unas herramientas llamadas PORTA-TERRAJAS O PORTA-COJINETES (figura 25). Figura 25. Porta-terrajas 1—23 Deben tenerse en cuenta las mismas consideraciones que hicimos sobre los bandeadores para evitar que se rompan los tornillos que roscamos o parte de ellos (filetes) o incluso la misma terraja. Para roscas finas y roscas de base se emplean mucho las TERRAJAS DE PEINES, que pueden regularse para varios diámetros. LLevan cuatro acanaladuras por donde corren los peines todos al mismo tiempo, por medio de dos manijas; otra manija sirve para fijar los peines. La razón por la cual se usan las terrajas de peines para roscas de gas y roscas finas, es que los pasos utilizados en estas roscas son poco numerosos (véanse tablas), correspondiendo un mismo paso a varios diámetros. PRÁCTICA DE ROSCADO. ROSCADO DE TUERCAS Taladrado previo El agujero que debe abrirse para roscar no debe ser igual al diámetro interior teórico dado por el cálculo y las tablas, sino MAYOR por las siguientes razones: 1. Se facilita grandemente la operación de roscar, sin que por ello pierda la tuerca gran cosa en eficacia y resistencia. Cuanto más tenaz y duro es el material o más profundo es el agujero roscado, tanto menor debe ser la profundidad de la rosca. Una buena práctica de taller consiste en utilizar del 62 al 75% de la profundidad de la rosca y nunca más de 83,5%. 2. Los materiales (unos más y otros menos) se deforman e hinchan al roscar, por lo cual hay que tener en cuanta este crecimiento. En las tablas se dan los diámetros de las brocas que deben utilizarse para las roscas métricas y whitworth. Se dan dos series de brocas: la serie I para los materiales que se hinchan poco al roscar, como la fundición gris, la serie II para los materiales que se hinchan mucho, como el acero. Cuando la longitud de la rosca sea superior al diámetro o en agujeros ciegos, se debe emplear también como mínimo la serie segunda. Se pueden taladrar con brocas de la serie I: fundición gris, bronce, latón, aleaciones de cobre quebradizas, algunas aleaciones de aluminio (otras se hinchan más y debe emplearse la serie II), aleaciones de magnesio. 1—24 Se deben taladrar con brocas de serie I: acero, acero moldeado, fundición maleable, aleaciones de zinc, materiales prensados, algunas aleaciones de aluminio. Los valores dados en las tablas son muy justos; así que para trabajos ordinarios es muy recomendable emplear brocas mayores. Si no se dispone de brocas del tamaño apropiado, se puede aumentar algo el diámetro del agujero afilándolas ligeramente descentradas. Cuando el filete de la rosca tiene poca altura se ha de tener cuidado al aumentar el diámetro de la broca para que la rosca no desaparezca casi del todo. La precaución de taladrar con brocas algo mayores evita el inconveniente de la rotura de muchos machos y aún del filete de la rosca. CHAFLANADO O ENTRADA DE ROSCA Para facilitar la entrada al macho y a la vez evitar que se produzcan rebabas o crecimientos en el borde del agujero roscado, es recomendable hacer a ambos lados de la rosca un chaflán de unos 120° y con un diámetro máximo ligeramente mayor que el de la rosca. ROSCADO PROPIAMENTE DICHO Para empezar a roscar se pone el primer macho, que es el más cónico en un bandeador apropiado; se introduce en el agujero; y haciendo una ligera presión en sentido del eje, se le hace dar al menos dos vueltas completas hacia adelante. Figura 26. Alineación del macho con el agujero 1—25 Procúrese, al iniciar la operación, que el macho quede bien alienado con el agujero (figura 26); si éste es perfectamente perpendicular a la superficie, también el macho debe quedar exactamente perpendicular (figura 27). Una vez se ha iniciado la rosca con estas primeras vueltas, se prosigue la operación volteando alternativamente hacia uno y otro lado con intervalos de media vuelta (figura 28). Este volver hacia atrás tiene por finalidad hacer que se rompan y desprendan las virutas cortadas. Figura 27. Comprobación de la alineación del macho Figura 28. Utilización del bandeador LUBRICANTES Durante la operación se lubricará el macho abundantemente, según el material que se trabaja, con las sustancias siguientes: • El ACERO con aceite mineral, no demasiado fluido. • El ALUMINIO con petróleo. • La FUNDICIÓN y las ALEACIONES DE COBRE en seco. 1—26 Mecánica y mecanismos 2 Órganos de transmisión de movimiento Ruedas dentadas Son elementos de máquina destinados a transmitir el movimiento entre dos árboles cercanos con garantía en la relación de transmisión. Para esta transmisión, como mínimo, se necesitan dos ruedas dentadas que engranen entre sí recibiendo el nombre de ENGRANAJES y si se trata de más de dos ruedas, el nombre que adoptan es TREN DE ENGRANAJES. En cualquiera de los casos el elemento más pequeño recibe el nombre de PIÑÓN y el mayor el de RUEDA. Sin embargo, en el lenguaje ordinario, se toma como sinónimo de rueda dentada el nombre de ENGRANAJE. Las ruedas dentadas se crearon como sustituto de las ruedas de fricción, puesto que éstas cuando se trataba de transmitir esfuerzos considerables, tendían a patinar con lo que se producía su rápido desgaste. Los engranajes están construidos de tal manera que los dientes de unos se introducen, sin choque, en los entrantes de los otros (figura 29), trasmitiendo el movimiento no por rozamiento, como en los de fricción, sino por empuje directo. Figura 29. Representación convencional de un engranaje 1—27 Atendiendo a su forma constructiva, los elementos dentados más comúnmente empleados se pueden clasificar de la forma siguiente: • Engranajes cilíndricos de dientes rectos. • Engranajes cilíndricos de diente helicoidales. • Engranajes cilíndricos de dientes en V. • Engranajes cónicos. • Engranajes de tornillo sinfín. • Engranajes de cremallera. • Engranajes interiores. Elementos de un engranaje En un engranaje se puede distinguir las partes siguientes (figura 30): • Corona: parte del engranaje donde se insertan los dientes. • Cubo: zona donde el engranaje se fija al eje. • Brazos: son los radios que unen la corona con el cubo. Figura 30. Partes de una rueda dentada Figura 31. Tipos de ruedas dentadas según su unión con el eje 1—28 Algunos engranajes que debido a sus pequeñas dimensiones no pueden tener brazos se construyen macizos, si son muy pequeños y si son algo mayores en forma de plato. Cremallera: es una barra provista de dientes destinada a engranar con una rueda dentada (figura 32). Se puede considerar como un engranaje de radio infinito. Figura 32. Cremallera y rueda Parte de un diente En un diente se pueden distinguir tres partes principales (figura 33). CABEZA: es la parte del diente comprendida entre la circun- ferencia primitiva y la exterior. Figura 33. Partes del diente 1—29 PIE: está comprendido entre la circunferencia primitiva y la interior. FLANCO: es la zona comprendida entre dos dientes consecutivos. En esta zona se producen los empujes para la transmisión del movimiento. Dimensiones de engranajes y dientes Merecen especial consideración las siguientes (figura 34): PROFUNDIDAD DEL DIENTE. Es la distancia que hay entre la circunferencia interior y la exterior; o también la suma de la altura correspondiente a una cabeza y un pie. (B): coincide con el ancho de la corona, salvo en casos muy especiales en que los dientes no se hacen pasantes. LONGITUD DEL DIENTE (e): es la media del arco, correspondiente a este elemento del engranaje, tomada en la circunferencia primitiva. ESPESOR DEL DIENTE ANCHO DEL HUECO O VANO: es la medida del arco comprendida entre dos dientes y tomada también sobre el diámetro primitivo. PASO CIRCULAR (p): es la distancia entre los centros de dos dientes consecutivos medida sobre la circunferencia primitiva y también se puede considerar a la suma del espesor de un diente más el ancho de un vano. Es condición totalmente necesaria para que dos ruedas puedan engranar correctamente, que ambas tengan el mismo paso circular. Figura 34. Dimensiones del diente 1—30 MÓDULO (m): es el dato más importante que interviene en la elaboración de todos los cálculos relativos a los engranajes; al ser un número abstracto se tiende a aceptarlo sin entrar en más detalles, diciendo que es la relación existente entre el diámetro primitivo y el número de dientes de un piñón. Para una mayor aclaración de este dato vamos a dar una explicación que lo clarifique, puesto que como decimos de él se derivan todas las fórmulas prácticas para todo tipo de engranajes. Clasificación de los engranajes Como ya se apuntó los principales tipos de engranajes empleados normalmente son: • Engranajes cilíndricos de dientes rectos (figura 35). • Engranajes cilíndricos de dientes helicoidales (figura 36). • Engranajes de tornillo sinfín o de visinfín (figura 37). • Engranajes cónicos (figura 38). • Engranajes hipoides (figura 39). • Engranajes interiores (figura 40). • Engranajes en V. • Engranajes de cremallera. 1—31 Figura 35. Engranaje recto Figura 36. Engranaje helicoidal Figura 37. Engranaje de visinfín Figura 38. Engranaje cónico Figura 39. Engranaje hipoide Figura 40. Engranaje interior ENGRANAJES HELICOIDALES Se llaman así porque los dientes están inclinados en forma de hélice, como si fuera un tornillo de varias entradas cuyos hilos forman el engranaje (figura 41). Estos engranajes pueden transmitir el movimiento entre dos ejes que se cruzan en un ángulo cualquiera, aunque los más empleados son para ejes paralelos y perpendiculares (figura 42). Figura 41 Figura 42 1—32 Figura 43 Debido a su característico sistema de deslizamiento de los dientes entre sí, hace que sea un engranaje silencioso, y por lo tanto, muy empleado para grandes velocidades. Cuando se trata de transmitir grandes potencias con engranajes de este tipo, se producen fuertes empujes axiales contra rodamientos u otros elementos del mecanismo, pero se pueden eliminar utilizando ruedas con dientes V o doble helicoidal (figura 43). ENGRANAJES DE TORNILLO SIN FIN (VISINFÍN) Un sin fín es un tornillo de una o varias entradas, dispuesto de tal modo que pueda engranar con una rueda dentada (figura 44). Figura 44 La rueda es cóncava y tiene los dientes inclinados en un ángulo igual a la inclinación del filete del tornillo sin fin. Son empleados para la transmisión de movimiento entre dos árboles que se cruzan sin cortarse, siendo generalmente, dicho ángulo de 90°. 1—33 Es característica propia de estos engranajes el que el tornillo sin fin sea siempre el elemento motor. Se aplican siempre que se desea obtener una gran reducción de transmisión, pudiéndose construir el tornillo con varios filetes, considerando al tornillo como un piñón de igual número de dientes. De esta manera, si tenemos una sola entrada, por cada vuelta del tornillo avanzará solamente un diente de la rueda y para que ésta dé una vuelta entera necesitaremos que aquél dé tantas vueltas como dientes tiene la rueda. Los números de revoluciones de rueda y tornillo están en, razón inversa de los números de dientes y entradas, de uno y otro, respectivamente; de aquí el empleo de estos engranajes para transmitir directamente el movimiento de árboles muy veloces a árboles muy lentos. Deben estar muy engrasados, pues producen mucho rozamiento. Por este motivo el sin fin se hace de acero y casi siempre cementado templado y rectificado. La rueda suele ser de bronce aunque algunas veces se hace de fundición. Los conjuntos de rueda y tornillo sin fin se representan esquemáticamente, según se ve en la (figura 45). En este dibujo se ve perfectamente la curvatura de los dientes en la rueda con objeto de acoplar perfectamente en el tornillo. Figura 45 1—34 Engranajes interiores Son engranajes cuyas circunferencias primitivas son tangentes interiormente (figura 46). Figura 46 En estos engranajes el piñón tiene exactamente la misma forma que en los engranajes exteriores. Las dimensiones de la rueda se calculan como en los engranajes exteriores, menos el diámetro interior cuyo valor lo da la fórmula: din = (z–2) · m La distancia entre centros se calcula según los datos siguientes: C= Z1 Z2 2 · m o d2 d1 2 La forma de los dientes interiores es tal que el hueco de uno de ellos es igual que el perfil macizo de los dientes de un engranaje exterior del mismo número de dientes. Normalmente los engranajes interiores se hacen con dientes rectos, pero también se fabrican de forma helicoidal aunque con gran dificultad. 1—35 Cremalleras Constituyen un caso particular de los engranajes, siendo uno de los sistemas de transformación de movimiento circular en rectilíneo. Pueden tener dientes rectos (figura 47) o bien oblicuos (figura 48), para piñones rectos y helicoidales respectivamente. Figura 47 Figura 48 Teóricamente la cremallera está considerada como una rueda dentada de infinito número de dientes y de radio primitivo también infinito. La línea primitiva de una cremallera es tangente a la circunferencia primitiva del engranaje (figura 49). A la altura de la línea primitiva, la anchura del vano debe ser igual a la del diente. El paso y la altura del diente de la cremallera han de ser iguales al del engranaje correspondiente y sus dimensiones se calculan igual. Figura 50 1—36 Engranajes cónicos Tienen por objeto transmitir movimiento entre árboles que se cortan (figura 51). Lo mismo que los dientes de los engranajes cilíndricos están construidos sobre un cilindro primitivo, los engranajes cónicos están construidos sobre un imaginario cono. Aunque se fabrican corrientemente para un ángulo entre árboles de 90°, pueden construirse para cualquier ángulo (figura 52). Figura 51 Figura 52 Es un engranaje de características muy especiales, debido a la diversidad de módulos que hay a lo largo del diente, aunque su denominación viene dada siempre por el módulo que corresponde a la base mayor. Dado que los cálculos para estos engranajes son aún más complicados que para los engranajes helicoidales, daremos solamente una indicación de las medidas más importantes (figura 53): Figura 53 1—37 Cono PRIMITIVO en el que se verifican la tangencia teórica de los engranajes. Cono EXTERIOR que limita periféricamente los dientes. Cono INTERIOR, aquel en el cual apoyan los dientes. Engranajes hipoides Estos engranajes tienen una forma parecida a las cónicas (figura 54), pero los ejes no se cortan, sino que se cruzan imaginariamente. Se suelen emplear en diferenciales de automóviles principalmente. Figura 54 Debido a la particularidad de que sus ejes se cruzan, éstos pueden tener prolongación en sus extremos (figuras 54 y 55) para servir de apoyo con cojinetes. Figura 55 1—38 Ejemplos de aplicación de los engranajes Además de las aplicaciones simples de dos engranajes de cualquier tipo, comentados en todos los apartados, en las figuras 56 y 57, se puede ver como se pueden conjuntar ruedas de diferentes tipos para conseguir movimientos en diferentes máquinas. Figura 56 Figura 57 Figura 58 1—39 RELACIÓN DE TRANSMISIÓN Es la relación de velocidad de rotación entre el último eje conducido y la del primer eje conductor. Consideremos un tren simple (figura 59) en el cual la rueda tiene un diámetro primitivo (dp) un número de dientes (z) y un número de revoluciones por minuto (N), siendo los valores respectivos del piñón (dpi zin). En el punto A los dos engranajes tienen la misma velocidad tangencial (si no fuese así, los dientes de alguno de los dos se romperían), por lo que: V= π • dp • N m • m/s 60 V= V=v π • dp1 • n m • m/s 60 π • dp • n π • dp • N = 60 60 dp • N = dp1 • n N dp1 = n dp Es decir: la relación entre el número de vueltas por minuto de la rueda conductora y conducida, es inversamente proporcional a la relación de sus respectivos diámetros primitivos. Figura 59 1—40 Así mismo, dos engranajes, para que engranen correctamente, han de tener el mismo paso circunferencial; siendo π · dp π · dp el de la rueda P = y el del piñón p = z 1 ; z 1 pero como P = p, igualando tendremos: π • dp π • dp1 = z z1 dp dp1 = z z1 Z1 dp1 = z dp Es decir: la relación entre el número de dientes de la rueda conductora y conducida es directamente proporcional a la relación de sus diámetros primitivos. 1—41 Mecánica y mecanismos 3 Transmisiones por correas trapeciales Correas trapeciales Mientras que las transmisiones por correa plana van cayendo en desuso, las transmisiones por correas trapeciales se van extendiendo rápidamente por las grandes ventajas que presentan, bajo todos los puntos de vista, entre los cuales figuran: a. LA GRAN ADHERENCIA, debida tanto a los materiales de la correa como al efecto de cuña de la misma sobre la garganta de la polea. b. LA POSIBILIDAD DE ELEVADAS RELACIONES DE TRANSMISIÓN superiores aun a 1:12, con la consiguiente posibilidad de empleo para motores rápidos, que a igualdad de potencia, tienen un precio mucho más bajo. c. REDUCCIÓN DE ESPACIO, no teniéndose que preocupar prácticamente por el ángulo abrazado sobre la polea menor, por el motivo a., no siendo por lo tanto necesario fijar una distancia mínima entre los árboles. d. NECESIDAD DE TENSIONES MUY PEQUEÑAS y por lo tanto menos presión en los soportes. Tienen además otras ventajas menos fundamentales, pero, en casos particulares, de mucha importancia, como son transmisión más silenciosa, elasticidad de la transmisión que atenúa considerablemente los choques por bruscas variaciones de carga, mayor rendimiento, a consecuencia del movimiento más uniforme de la correa, facilidad de montaje y menores gastos de conservación. 1—42 Nuevas posibilidades de las transmisiones por correas trapezoidales A pesar de la limitaciones propias de las primeras transmisiones por correas trapezoidales y de la creencia, generalizada en los años 30, de su pronta desaparición y sustitución por nuevos elementos, la realidad es que cada vez se amplía más el campo de su utilización. Las dificultades iniciales afectaban tanto a la cubierta de caucho (debido a la limitación de este material en cuanto a temperaturas, contacto con aceites, ozono, etc.) como a las fibras resistentes de algodón, cuya vida se acortaba apreciablemente con la humedad. Figura 60 Fue preciso, por lo tanto, impulsar la búsqueda de nuevos materiales cuya resistencia a la tracción y a la agresividad de los ambientes de contacto mejorase las limitaciones anteriores. 1—43 Paralelamente se fueron estableciendo normas para la identificación de los distintos tipos de correas, adoptando una de las primeras letras del alfabeto para cada una de las cinco secciones iniciales, es decir, desde la A a la E. Figura 61 Como resultado de estas constantes ,investigaciones se han conseguido hoy correas trapezoidales con cuerdas de varias fibras artificiales (tales como rayón, terylene, nylón, etc.) y almas de caucho natural cubiertas con neopreno y tela cruzada de algodón. Las correas modernas se fabrican en calidad electróil y son por ello resistentes a los aceites minerales, al tiempo que disipan las cargas eléctricas de origen estático producidas en la maquinaria. La vida de una transmisión bien elegida debe exceder de veinte mil horas de trabajo con el entretenimiento limitado a un tensado inicial, seguido de otro tensado después de veinticuatro horas de trabajo, para verificar así el tensado de las correas. Ha de tenerse en cuenta la importancia de un tensado correcto para asegurar la vida prevista al escoger la transmisión. La independencia y seguridad de una transmisión de correas trapezoidales conduce a una atención inferior a la que idealmente se debe prestar. Nadie pensaría en dejar un reductor durante años sin atenderlo; pero es muy frecuente acordarse de una transmisión de correas únicamente cuando la vida útil de la correa ha terminado, lo que la mayoría de las veces ocurre a causa del envejecimiento. 1—44 Especificación técnica de correas Clasificación según normas de ARCELOR MITTAL SERIES: las correas trapeciales, objeto de esta especificación, se clasifican en seis series caracterizadas por las dimensiones de su sección transversal, que son las indicadas en el cuadro I. CUADRO I Sección Z A B C D E Ancho primitivo, c 8,5 11 14 19 27 32 Ancho total aproximado, a 10 13 17 22 32 38 Altura aproximada, h 6 8 11 14 19 25 Ángulo aproximado de los flancos 40° LONGITUDES PRIMITIVAS. Cada serie consta de cierto núme- ro de longitudes primitivas o desarrolladas. GRUPOS. Las correas de la misma sección e igual valor no- minal de la longitud primitiva, se clasifican en grupos cuyas longitudes efectivas, se encuentran dentro de ciertos límites, con objeto de que las correas del mismo grupo puedan montarse juntas en una transmisión. Condiciones generales FABRICACIÓN. Las correas estarán constituidas por tejidos impregnados con goma o por una combinación de ambos, siendo el conjunto moldeado y vulcanizado de manera uniforme. Serán aptas para trabajar a temperaturas comprendidas entre -18° C y 60° C y su estructura interna no será afectada desfavorablemente por la humedad del ambiente en condiciones normales de trabajo. MARCAS DE FABRICACIÓN. Cada correa lleva marcada de for- ma indeleble en la superficie exterior la siguiente información: • Marca o contraseña del fabricante. • Longitud primitiva de la correa. 1—45 • Sección de la correa. • Grupo a que pertenece. Se admiten los signos que el fabricante tenga establecidos para indicar las citadas características. ASPECTO. Las correas tienen las superficies de trabajo per- fectamente lisas. Montaje y entretenimiento de correas trapeciales Montaje. En el montaje de las correas se tendrán en cuenta las prescripciones siguientes: COLOCACIÓN. Se aproximan las poleas deslizando el motor sobre los carriles con el objeto de que las correas puedan montarse sin esfuerzo en sus gargantas. TENSADO. Se vuelve a deslizar el motor sobre sus raes has- ta que las correas queden tensas con exactitud, teniendo en cuenta que las gargantas de las poleas deben quedar perfectamente alineadas. La tensión debida se logra cuando la parte de la correa no abarcada por la polea alcanza la flecha indicada en el cuadro II. CUADRO II Longitud de correa no abarcada por la polea medida entre los puntos de tangencia Fecha Hasta 250 De 251 a 500 0,2 a 0,6 0,7 a 2 De 501 a 1.250 De 1251 a 2.500 De De 2.501 3.751 a 3.750 a 5.000 5 a 14,5 20 a 57,5 45 a 125 87 a 215 TRANSMISIONES VERTICALES. De 5.001 a 6.250 De 6.251 a 7.500 125 a 312 182 a 450 Si se trata de transmisiones verticales con centros de poleas muy próximos y carga variable, las correas se mantendrán algo más tensas. 1—46 Entretenimiento. Una vez puestas las correas en funcionamiento, y para su buena conservación deben ser sometidas a la siguiente vigilancia: TENSIÓN. Después de las 100 primeras horas de funcionamiento, se controlan las correas y si es preciso, se ajusta la tensión de acuerdo cn lo indicado en el cuadro I. LIMPIEZA. Las correas deben conservarse siempre limpias y en particular, ser preservadas contra los aceites y grasas. ADHESIVOS. Es prohibitivo el empleo de cualquier tipo de adhesivos, puesto que éstos, son totalmente inútiles en este tipo de correas. TEMPERATURA. Durante el funcionamiento, las correas y las gargantas deben mantenerse a la temperatura normal de 15 a 20° C. La temperatura máxima admisible es de 50° C, envejecen las correas disminuyendo de una manera rápida y progresiva su tiempo de duración. 1—47 Mecánica y mecanismos 4 Cables de acero El cable de acero está muy generalizado en nuestra Factoría, para infinidad de usos, la mayoría de los cuales afecta a todas las grúas, sean del sistema que sean; por esto cuanto comentamos es de aplicación general a todos los cables de acero. Constitución de los cables Los cables metálicos se componen de varias capas de cordones arrollados helicoidalmente alrededor de un núcleo central o alma del cable. Los cordones a su vez se componen de una o varias capas concéntricas de alambres de acero también arrollados helicoidalmente. Generalmente los cables tienen seis u ocho cordones arrollados sobre su alma de fibras textiles o metálicas. Arrollamiento Arrollamiento cruzado o corriente, es aquel en que los cordones, están arrollados en sentido contrario al de los alambres que lo forman (figura 62). En el arrollamiento Lang, los cordones y alambres están arrollados en el mismo sentido. En el arrollamiento cruza1—48 do o en el Lang, pueden estar torcidos a la derecha o izquierda por lo que existen cuatro tipos de arrollamientos. Los arrollamiento Lang, son más resistentes al desgaste y más flexibles, pero presentan la dificultad de que se descablean fácilmente y la carga tiene tendencia a girar, por esto queda limitado su empleo cuando han de suspender cargas. Para evitar los efectos de giro, en los casos que la carga ha de quedar suspendida por un par de cables, se utiliza uno arrollado a la inversa que el otro. La ventaja del arrollamiento Lang, consiste en su mayor flexibilidad y que los alambres ofrecen mayor superficie al desgaste en el roce de gargantas, poleas y tambores, en cambio resisten mal las compresiones en gargantas en forma de cuña. Figura 62 1—49 Designación de los tipos de arrollamiento El sentido de los arrollamientos en los cables, se designa por letras Z y S mayúsculas. Las letras minúsculas (s, z) caracterizan el sentido de arrollamiento en hélice de los alambre que forman el cabo o cordón y las mayúsculas (S, Z) dan carácter al sentido del cable. Denominación de los cables Los cables se denominan por la expresión de tres cifras, ejemplo 6 x 9 + 1, la primera cifra indica el número de cordones, la segunda el número de hilos por cordón, por eso la expresión POR, ya que multiplicando el número de cordones por los hilos nos dan el total de hilos del cable, por último la cifra final nos dice el alma o almas que llevan los cabos. Composición Con la combinación de alambres y cordones se obtienen diversos tipos de cables, que podemos agrupar según características como sigue: 1—50 Figura 63 1—51 CORDONES: están formados por un solo cordón que carece de alma textil, se emplean como carriles de teleféricos, viviendas o riostras para postes y torres, para suspensión de cables conductores, derivados de pararrayos, etc. CABLES CORRIENTES: están formados por cordones cilíndri- cos y todos los alambres tienen el mismo diámetro. Existen infinidad de estos tipos de cables. en estos cables, las distintas capas de alambres que forman los cordones están cableados con el mismo paso; gracias a esta construcción, los alambres se adaptan en toda su longitud a los huecos formados por cada dos alambres contiguos, con ellos se evita el efecto de entalladura, que se manifiesta en otros tipos de cables. CABLES DE IGUAL PASO: El rendimiento de estos cables es mayor, ya que los esfuerzos de flexión, compresión y cortadura no son tan elevados como los cables corrientes. Debido a su peculiar constitución estos cables tienen mayor sección metálica (útil) que otro cable a igualdad de diámetro. Los cables de esta forma se construyen en los siguientes tipos: Figura 64 1—52 • CABLE SEALE: los cordones de cable seale tienen dos ca- pas de alambre que rodean un núcleo central de mayor diámetro, la capa intermedia es de alambre más delgado y la exterior más gruesa de forma que encajan perfectamente los alambres. Debido a que los alambres exteriores tienen mayor diámetro no son muy flexibles, pero resisten muy bien el desgaste por efecto de rozamiento y los efectos de intemperie. • en los cordones de este tipo de cable, el número que generalmente consta de (1 + 6) alambres, está rodeado por una capa de doble número de alambres, siendo el diámetro de éstos alternativamente mayor o menor, de modo que encajan perfectamente en las depresiones y en los salientes de la capa inferior quedando una superficie exterior muy uniforme. Según todas las investigaciones este cable es de superior rendimiento al cable corriente en todas sus aplicaciones. CABLE WARRINGTON: • CABLE DE RELLENO: los cordones de los cables de relleno están formados por un número de cables, arrollados en dos capas y rellenos los intersticios por alambres más finos. en el caso de carga suspendida de un solo cable y no guiada, se emplean estos cables que evitan que la carga gire. Los cables antigiratorios están formados por dos o más capas de cordones arrollados en sentido contrario, de tal modo que los momentos de giro se contraponen neutralizándose. Los cables antigiratorios son muy flexibles por tener gran número de alambres, pero al montarlos es preciso que todos los cordones queden a igual tensión. • CABLES ANTIGIRATORIOS: • CABLES GUARDIANES: se fabrican con varios cables y és- tos de varios cabos, por lo que son sensiblemente flexibles, pero de aplicación limitada, y sólo cuando se requiere esta condición de flexibilidad. 1—53 Alma del cable El alma de un cable es un soporte de tamaño y densidad adecuadas para ofrecer apoyo a los cordones, de modo que incluso a la mayor carga no llegue a establecerse contacto entre ellos. El alma del cable es de fibra textil, pero en determinados casos es más indicado utilizar alma metálica. El alma textil ofrece las siguientes ventajas: 1. Proporciona asiento mullido a los cordones impidiendo el roce entre ellos evitando el desgaste por fricción. 2. Embebido en grasa durante el proceso de fabricación del cable, que asegura el engrasamiento del mismo. El alma metálica está indicada en los casos en que las condiciones de trabajo son muy duras, como en los cables Serapers, en las cucharas de fundición. Cómo medir un cable El diámetro de un cable se considera el de la circunferencia circunscrita a la sección del mismo. Debe medirse con un pie de rey. Cuando el número de cordones es par, se toma la medida por los cordones opuestos y cuando es impar sobre uno de los cordones y el hueco que forman los cordones opuestos, según figura 6. 1—54 Figura 65 Instrucciones para manipular los cables El desarrollo de los cables debe hacerse cuidadosamente, y según se indica en las figuras para evitar la formación de torceduras que inutilizan el cable en breve tiempo. Al instalar un cable en un tambor hay que elegirlo de forma que quede como en el dibujo. Hay tambores que tienen dispositivo de amarre en los dos laterales, entonces según la característica del cable lo engatillaremos para que responda a la figura 66. Figura 66 Tambor de izquierda a derecha cable trenzado a la derecha Tambor de izquierda a derecha cable trenzado a la izquierda 1—55 Formas de desenrollar los cables Figura 67. Formas de desenrollar los cables 1—56 Retirada de un cable en servicio El agotamiento está determinado por el número de alambres rotos según dibujo y éstos se determinan por la longitud o zona de roturas en relación, con el diámetro del cable, así como por su composición. Figura 68. Número de alambres del cable 1—57 Conservación de los cables Los cables hay que tratarlos con el cuidado que requiere una máquina, o sea que hay que prestarles la atención que merecen, deben ser engrasados para evitar su corrosión y a su vez facilitar el rozamiento entre los alambres que lo forman. Debe ser engrasado con grasa ligeramente caliente, de manera que penetre con facilidad y forme una película fina sin que esta grasa escurra. Cables en grúas y polipastos En estas máquinas los tambores y poleas no son de tan gran tamaño como en las instalaciones fijas, por tal motivo se encuentran sometidos a continuos y considerables esfuerzos de flexión, es por tanto aconsejable el utilizar cables muy flexibles como los tipos 6 x 37 + 1 y 6 x 35 + 1 warrington. En los casos en que los cables estén sometidos a fuertes desgastes externos se pueden emplear los 6 x 19 + 1 corriente, warrington, relleno y seale. En las grúas giratorias y en general en todos los casos que la carga queda suspendida por un solo cable, es preciso emplear los antigiratorios. Estos cables requieren más cuidados en la instalación y deben trabajar con unos coeficientes de seguridad más elevados. 1—58 Algunos factores que causan deterioro en los cables EL DESGASTE, principalmente en los alambres de la periferia por el contacto con poleas y tambores. LA CORROSIÓN, que se observa por el picado y que actúa principalmente en los alambres interiores, siendo difícil de descubrir y muy peligrosa. LAS COCAS, que se forman cuando se instala defectuosamente un cable nuevo, o se elevan cables con cabos sueltos. Las cocas producen un punto débil que no puede ser eliminado. LA FATIGA, debida a esfuerzos excesivos, se nota por la rotura neta de alambres. de aceites y grasas, produciéndose un endurecimiento de los mismos. LA DESECACIÓN LAS SOBRECARGAS, tanto las estáticas como las dinámicas producidas por las aceleraciones y desaceleraciones. 1—59 Cortado de un cable Figura 69. Cortado de un cable 1—60 NÚMERO DE LIGADURAS (1) LONGITUD De ligadura Entre ligaduras DIÁMETRO DEL ALAMBRE DE ACERO ( 2 ) 3 30 25 1 4 60 50 90 70 DIÁMETRO DEL CABLE Arrollamiento cruzado alma textil Arrollamiento Lang alma metálica antigiratorios Hasta 12 2 De 13 a 20 3 De 21 a 30 De 31 a 40 Mayor de 40 4 5 120 90 150 100 1,5 2 (1) Se efectuarán a ambos lados del corte (2) Normalizado en la H A 70 501.1 Figura 70. Cortar el cable, con la cizalla si es delgado, con AMOLADORA PORTÁTIL (evitando la rotura de la muela), o con SOPLETE OXIACETILÉNICO para cables gruesos Figura 71. Cortado de un cable Dispositivos para la toma de carga Cuando tenemos necesidad de mover una carga, no sólo dispondremos de la grúa más idónea para el trabajo, sino además tenemos que disponer de unos medios o dispositivos para la preparación de la carga. Estos dispositivos, tan de competencia es su conocimiento del estrobador, como también para el propio gruísta. Las materias que hemos de mover son variadas de tal forma que sería extensísimo el tratar de describir todas ellas, pero sí vamos a clasificar en unos grupos como son: CARGAS VARIAS. Cajas, fardos, máquinas, armaduras estructurales, etc. CARGAS SÓLIDAS. Materiales siderúrgicos, semiacabados y acabados. 1—61 CARGAS A GRANEL. Minerales variados, como son: piritas, calizas, carbones, etc. LÍQUIDOS O EN FUSIÓN. Cucharas de colada, cubilotes, cu- bos, tanques, etc. En cada uno de estos grupos, se haría interminable la relación, pero el mencionarlos es sólo para dar idea de los variados medios, que hemos de disponer para la preparación de las cargas antes de tomarlas con las grúas, ya sean éstas móviles, fijas, giratorias o de puente. Comencemos por el más elemental de los dispositivos: los ganchos. GANCHO SENCILLO. En la figura 72 se representa quizás el más elemental, ya que la fijación del mismo, se hace sobre el ojal que forma su cabeza. Figura 72 GANCHO GIRATORIO. Este gancho permite girar libremente sobre el cable o cadena de suspensión, pero precisa para su montaje disponer de una anilla especial en donde va montado. 1—62 En la figura lo representamos y es adecuado su empleo donde al elevarlo sin carga puede engancharse en los bastidores o cables, u otros obstáculos. GANCHO CON DESVIADOR. GANCHOS DE SEGURIDAD. Este gancho puede ser como el sencillo o giratorio, pero lleva un gatillo que impide se desmonte la carga. 1—63 Manejo de estrobos y eslingas Peso equivalente soportado por cada ramal de sujeción en función del ángulo con el que trabajemos 1—64 Situación de las grapas Las horquillas de las grapas se colocarán sobre el ramal muerto del cable y las mordazas en el ramal largo, tal como se indica en la figura 73a; nunca, como indican las figura 73b y 73c). Figura 73 a). Correcto Figura 73 b). No correcto Figura 73 c) Número y distancia entre grapas NÚMERO DE GRAPAS DIÁMETRO DEL CABLE Cables de alma textil Cables antigiratorios y de alma metálica DISTANCIA L De 3 a 12 3 4 De 70 a 85 De 13 a 20 4 5 De 120 a 160 De 21 a 25 5 6 De 150 a 200 De 26 a 34 6 7 De 205 a 270 De 35 a 44 7 8 De 265 a 300 De 45 a 50 8 9 De 300 a 350 Los cables deben ordenarse antes del uso hasta dejarlos libres de cocas, nudos o torceduras. 1—65 Figura 74. Manera de quitar las cocas a los cables Está prohibido el empalme de cables rotos, con nudos. En caso de urgencia y como provisionales se podrán hacer empalmes mediante grilletes preparados al efecto, y siempre con el conocimiento de su mando. Tendrá especial cuidado y esmero en que no haya operarios al alcance de la carga izada, evitando transportar cargas por encima de personas. Prestará especial atención a que el pestillo de seguridad del gancho quede bien colocado prohibiéndose terminantemente bloquear o suprimir su funcionamiento. Conocerá perfectamente las NORMAS DE OPERACIÓN CON GRÚAS y demás normas de seguridad. 1—66 Mecánica y mecanismos 5 Cadenas de transmisión El empleo de las cadenas articuladas de precisión El empleo de la cadena articulada de precisión como elemento de transmisión, viene generalizándose cada día más en el mundo entero por reunir condiciones técnicas que aventajan enormemente a los sistemas usados con anterioridad. Con la aplicación de cadena a la máquina se evitan deslizamientos frecuentísimos que se producen con el empleo de correas. Si bien en algunos casos estos deslizamientos son convenientes, en otros perjudican el buen funcionamiento y rendimiento de la máquina. Además, con la cadena aseguramos el perfecto sincronizado que debe existir en una determinada relación o mecanismo automático. El ahorro de espacio que se consigue es muy importante, ya que puede considerarse que una determinada cadena sustituye unos engranajes de difícil utilización debido a la considerable distancia que media entre sus ejes. La cadena ofrece resultados óptimos en ambientes húmedos. Si cualquier otra forma de accionamiento resulta deficiente por su escaso rendimiento debido a las condiciones difíciles existentes, la puesta en práctica de una transmisión por cadena, bien sea protegida por cárter, bien engrasada por goteo, cumple con el buen funcionamiento que se desea lograr a base de un estudio adecuado. En resumen, el empleo de cadenas articuladas de precisión en las máquinas, ha dado infinidad de posibilidades a los constructores facilitándoles solución a innumerables problemas. Muchas incógnitas de difícil solución en la modernización de la transmisión, han podido ser resultas satisfactoriamente. 1—67 Si la aplicación de la cadena como elemento de transmisión e ha generalizado porque reporta una mejora en el accionamiento, como elemento de transporte resuelve un sinnúmero de problemas en la modernización de toda clase de industrias de fabricación en serie y manipulación continua. En estos casos se emplea para el transporte de piezas en tamaños y materias diversas, para el envasado de productos alimenticios, montaje de elementos de construcción, tanto en talleres mecánicos como de fundición e instalaciones de alimentación de hornos, etc. Una instalación de transporte por cadena articulada, resuelta de forma que una y sincronice perfectamente todas las manipulaciones que deban ser efectuadas sobre un producto determinado, representa un gran ahorro en el costo de fabricación por la consiguiente supresión de transporte manual, trato esmerado con el que se evitan roturas y deterioros y al mismo tiempo se logra un acabado del género más perfecto y uniforme, que en algunos casos concretos mejora la calidad del producto. Al referirnos al transporte por cadena, no nos limitamos únicamente a un movimiento horizontal, sino que podemos realizarlo en variadas construcciones que se adapten a diferentes exigencias técnicas que precisen indistintamente su posición en situación horizontal, recta, inclinada, vertical, así como también horizontal en distintas direcciones y con alabeos si fuere preciso. Formación de los distintos tipos de cadenas y elementos que las constituyen Cadenas de rodillos y casquillo fijo Las cadenas de rodillos y de casquillo fijo, son una sucesión alternativa de eslabones interiores y exteriores. Los eslabones o pasos exteriores, se forman entrando dos mallas a presión en los extremos de dos ejes (figura 75). Los eslabones o pasos interiores, se forman montando dos mallas a presión en los extremos de dos casquillos (figura 76), sobre los que, cuando se trata de cadenas de rodillos, 1—68 giran los rodillos (figura 77), y cuando éstos no existen (figura 78), se forma el eslabón interior de la cadena de casquillo fijo, que es de ejecución diferente debido a que, para poder lograr un mejor asiento de la malla en sus extremos, la diferencia entre el diámetro central de la espiga y el del cuerpo central es mayor. Figura 75 Figura 76 La cadena de casquillo fijo, sirve muchas veces de recurso cuando por alguna circunstancia (piñones de difícil ejecución, alta velocidad, ciclo automático múltiplo del paso, etc), no puede variarse en paso de la cadena y se precisa de un esfuerzo superior. La cadena de rodillos, por estar formada mediante tres piezas concéntricas, limita el diámetro del eje, por lo que, suprimiendo el rodillo y transformando así la cadena en tipo de casquillo fijo, puede aumentarse el diámetro del eje, y se logra así una mayor capacidad de potencia para la cadena. Figura 77 Figura 78 Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que si bien se ha logrado una mayor potencia de transmisión en el tipo de cadena de casquillo fijo, en cambio en el tipo de cadena de rodillos éstos transforman el roce deslizante de los casquillos en los flancos de los dientes en un desplazamiento rodante que disminuye el desgaste. Por este motivo, la cadena de casquillo fijo es más propensa al desgaste que la de rodillos, 1—69 y deberá tenerse sumo cuidado en lograr un engrase abundante y efectivo para disminuirlo. Las cadenas de rodillo tienen un funcionamiento más suave y silencioso, debido a lo que se podría llamar suspensión, formada u originada por la capa de aceite y aire que existe entre casquillo y rodillo, lo que amortigua el golpe de entrada de la cadena en los dientes del piñón. Cadena múltiples Las cadenas múltiples se obtienen montando sobre los mismos ejes, dos, tres o cuatro cadenas (doble, triple o cuádruple). Las cadenas múltiples no han sido ideadas caprichosamente sino que tienen un derecho de existencia suficientemente importante para que merezcan atención. Es mucho más adecuado emplear una cadena múltiple de paso corto, que una cadena simple de paso largo. Con ello se evitan muchas veces, roturas innecesarias de rodillos y mallas, y al mismo tiempo se logra un funcionamiento más suave. La cadena múltiple debe ser fabricada con acentuada perfección, ya que está compuesta de piezas independientes construidas con mínimas tolerancias, y debe ser montada con gran precisión sobre un eje común. Sólo la larga experiencia de especialistas, puede garantizar la calidad de una cadena múltiple. Idénticos cuidados y precauciones deben tomarse para el montaje de la transmisión a que se destinan, ya que una falta de paralelismo entre los ejes o una mala alienación de ruedas en que engranen, podría reportar un funcionamiento inadecuado y menor duración que una cadena simple, en el mejor de los casos. Aunque no es corriente emplear cadenas de más de tres hileras, también se han logrado buenos resultados con cadenas de mayor composición. Pueden emplearse incluso cadenas de ocho y diez hileras, en cuyo caso es imprescindible un estrecho cambio de impresiones entre el fabricante y el usuario, con el fin de poder seguir de cerca todos los detalles de su instalación y evitar eventuales defectos que pudieran surgir. 1—70 Elementos para unión de cadenas de rodillos y de casquillo fijo Las cadenas que deban cerrarse pueden ser de un número de pasos par o impar. Si es de número de pasos par, se cierra con una unión recta (figuras 79 y 80) y si es de un número de pasos impar, debe cerrarse con una unión acodada (figura 81 y 82). Si se desea una desconexión fácil (unión desmontable, figuras 79, 80, 81 y 82) deberán emplearse uniones, pero si se precisa de empalme sin fin se empleará simplemente un eslabón exterior corriente (figura 75). Figura 79 Figura 80 Figura 81 Figura 82 En las uniones desmontables con pinza debe tenerse en cuenta al efectuar el cierre, que el extremo redondo de la pinza siga el sentido de marcha de la cadena. La unión acodada puede ser sencilla (figuras 81 y 82) en cuyo caso tiene el eje desmontable y sirve de cierre, o puede estar remachada a un eslabón interior (conjunto acodado, figura 83), en cuyo caso puede unirse a la cadena con dos uniones rectas o bien remachado un extremo a un eslabón exterior (figura 75) y una sola unión recta. 1—71 Figura 83 Ajuste de cadena Para obtener una máxima duración de vida de la cadena, se debe proveer alguna forma de ajuste de todas las transmisiones. Se puede proveer un ajuste tanto manual como automático, pero el ajuste automático por lo general requiere un estudio especial de las condiciones para proporcionar un diseño adecuado. Ajuste por movimiento de eje Figura 83. Ajuste por movimiento de eje 1—72 Ajuste por tensor Figura 84. Ajuste por tensor Figura 85 Un ajuste, según lo indicado en los diagramas, se logra con el movimiento de uno de los ejes, o bien con el uso de un tensor. La cuantía de ajuste proporcionado por cualquiera de los métodos debía ser suficiente para corregir un desgaste de cadena de hasta 2 pasos, o 2 por ciento de alargamiento por encima de la longitud nominal de cadena, cualquiera que sea la medida más pequeña. Al utilizarse para ajuste, un piñón tensor debe estar en el lado descargado de la cadena, preferentemente cerca de una rueda grande y engranando con la parte exterior de la cadena; debería tener un arco de contacto inicial de un mínimo de tres dientes y un trozo libre de por lo menos cuatro pasos entre el tensor y la rueda más cercana. Por lo general, el número de dientes en cualquier piñón tensor no debía ser menor que el número de dientes en el piñón más pequeño y se debe cuidar de que la velocidad en r.p.m., no exceda el máximo recomendado. Donde sea preciso, varios piñones tensores pueden ser utilizados en una sola transmisión, satisfaciendo así todas las posibles necesidades de ajuste. Todos los montajes de tensores deben ser rígidos y cuando se provea un ajuste a mano el elemento móvil ha de trabarse firmemente en su posición una vez efectuados los ajustes. 1—73 Alineación Al montar las ruedas, deben comprobarse cuidadosamente las alineaciones axiales y angular, que deben quedar dentro de límites muy estrechos. Lubricación Una eficiente lubricación de los empalmes, en funcionamiento, de una transmisión, es indispensable para evitar desgaste y quiebra prematura. La forma más efectiva de lubricación es encerrar la transmisión en una caja y bombear un flujo continuo de aceite sobre la superficie interior de la cadena desde un colector, al que el aceite es devuelto a través de un filtro. Un método alternativo es hacer correr la cadena a través de un baño de aceite, pero en los casos en que esto sea impracticable debido a que el piñón esté situado más bajo y ser de diámetro pequeño, se utiliza a veces un disco botador de aceite de mayor diámetro que el piñón, para que encauce el aceite sobre la cadena. El flujo de aceite requerido depende del tamaño de la transmisión, velocidad, y potencia a transmitir, pero en todos los casos debe ser de flujo continuo y suficiente para sostener un engrase limpio y completo de la cadena. A las potencias y velocidades más altas y con transmisiones compactas el flujo de aceite debe ser amplio para facilitar y ayudar al enfriamiento. Las recomendaciones generales para métodos de lubricación, representando necesidades mínimas y basadas en 15.000 horas de vida de transmisión, son como sigue: Lubricación por goteo Velocidades de cadena hasta 6 metros por segundo y hasta 50 cv. Baño de aceite Velocidades de cadena hasta 6 metros por segundo y hasta 50 cv. 1—74 Lubricación por bomba de aceite Para cualquier velocidad y/o condiciones de potencia; imprescindible para transmisiones de 50 cv y más. 1—75 Mecánica y mecanismos 6 Árboles articulados Condiciones del árbol articulado Generalidades Los árboles articulados constituyen unos elementos probados y de aplicación múltiple en la técnica de la transmisión, que sirven de medio de transmisión del momento de giro a partir del mecanismo de accionamiento y hacia el de salida. Los árboles articulados hacen posible el acoplamiento entre sí de dos árboles decalados uno al otro y permiten las desviaciones angulares en cualquier plano espacial. Las variaciones longitudinales de los extremos del árbol se compensarán por interposición de piezas de calar perfiladas (figura 86). Figura 86 El empleo de árboles articulados proporcionará al usuario las siguientes economías de gastos, a saber: • Por los trabajos simplificados de montaje: puede prescindirse de la alineación de los grupos a acoplar. 1—76 • Por resultar más económicos los trabajos de entretenimiento: los alojamientos de muy alta calidad garantizan unos tiempos muy largos de duración. Gracias a la constitución simplificada del conjunto de la instalación que dan reducidos a un mínimo los tiempos de parada en la producción. Hay a disposición hoy en día árboles articulados en un sinnúmero de versiones, por ejemplo: • En ejecución libre de entretenimiento. • En construcción compacta para su acoplamiento en espacios reducidos. • En ejecución especial con objeto de conseguir mayores velocidades, por ejemplo, en vehículos sobre carril. • En construcción extrapesada para momentos de giro hasta de 320 Tm en tamaños especiales para mecanismos de propulsión por turbinas de alto número de revoluciones. Los árboles articulados se emplean en automóviles, máquinas de movimiento de tierra, instalaciones siderúrgicas y de laminación, accionamientos de grúas, mecanismos propulsores de barcos y en instalaciones de construcción de maquinaria en general. Trabajos generales a realizar Los trabajos necesarios de entretenimiento deberán realizarse en intervalos regulares y coordinarse convenientemente con los de otras partes de la máquina. Los intervalos de entretenimiento señalados a continuación sólo pretenden ser datos de orientación, puesto que el servicio de mantenimiento deberá realizarse en cada caso conforme a las condiciones de servicio reinantes y a un ritmo que aconsejen las experiencias adquiridas en la misma planta. VIGILANCIA DE RUIDOS (PERMANENTES) Al notarse ruidos distintos de los normales deberá averiguarse su causa y subsanarse la anomalía. COMPROBACIÓN DEL JUEGO (MENSUALMENTE) Aproximadamente cada 500 horas de servicio. Son objeto de dicho control los cojinetes de la articulación (juegos de las crucetas de toma) así comolas piezas perfiladas para el desplazamiento, este control se efectuará previo al engrase. 1—77 CONTROL DE LA ATORNILLADURA (MENSUALMENTE) (MENSUALMENTE) Aproximadamente cada 500 horas de ser- vicio. Comprobar el asiento firme de la atornilladura y, en caso dado, volver a apretarla. Lubrificantes Los árboles articulados no son engrasados más que con grasas saponificadas de litio. PUNTOS DE ENGRASE El árbol articulado se ha de engrasar en tres puntos tanto tiempo hasta que el lubrificante llegue a salir en las juntas señaladas a continuación: En la primera articulación (cruceta de toma). En la segunda articulación (cruceta de toma). En la pieza de arrastre del cubo. Caso que no salga grasa se aflojará la caperuza para poder limpiar o, en su caso, recambiar las juntas de fieltro. 1—78 Mecánica y mecanismos 7 Reductores de velocidad Definición Son aparatos compuestos de ruedas dentadas, ejes y rodamientos, contenidos en una carcasa dividida en dos partes para facilitar el montaje y destinada su parte inferior a contener el elemento de lubrificación. Su objeto es transformar una velocidad N en una velocidad n, tal que N > n. Además de los elementos citados, contienen niveles de aceite, agujeros con tapones de purga, agujeros de inspección y de ventilación. Los reductores de velocidad empleados son reversibles (excepto los de rueda dentada y tornillo sin fin) por lo cual se puede obtener N partiendo de n, en cuyo caso el sistema se llama multiplicador. Se considera un conjunto completamente montado que se puede acoplar por un lado a un motor y por el otro a un receptor. Nivel de aceite Por la importancia tan enorme que tiene el engrase, necesitamos estar seguros de que los niveles del mismo en los cárteres son los correctos. Se consigue un buen engrase cuando el nivel de aceite se encuentra por encima del diámetro primitivo de la rueda o sin fin más próximos al fondo y por debajo del fondo del diente. Por lo tanto, la variación es de 1,16 m (m = módulo). A veces es necesario crear escalones de engrase, en particular cuando hay más de dos ejes. 1—79 En los reductores sin fin se disponen unos salientes en las paredes de la carcasa, de modo que los vapores de aceite condensados van a engrasar los rodamientos del eje de la rueda dentada. Los niveles de aceite son de tres tipos: • De varilla con las muescas de máxima y mínima. De ojo de buey para modelos pequeños. • De mirilla para reductores mayores. NIVEL DE ACEITE REDONDO ATORNILLABLE Las dimensiones y demás detalles se dan a continuación. DENOMINACIÓN PARA LOS PLANOS NIVEL CIRCULAR R 1/4. LATÓN Tamaño di d2 d3 11 12 Peso kg / pieza R 1 1/4 48 28 14,5 10 0,10 R2 70 43 16,5 11 0,22 Figura 87 1—80 NIVEL DE ACEITE TIPO MIRILLA Las dimensiones normales, así como la denominación y material de las piezas componentes se deducen de la figura adjunta. Figura 88 1—81 Agujero y tapón de purga Cuando el aceite se ha utilizado después de un determinado número de horas, es necesario vaciarlo para reemplazarlo por otro nuevo. Esto se hace sin desatornillar el cárter del lugar en que se ha instalado. Figura 89 El canal o agujero de vaciado debe ser tangente al punto o superficie interior más bajo de la base del reductor. De este modo se vaciará con seguridad todo el aceite sucio y las impurezas que se hayan podido acumular durante su funcionamiento. Se pueden emplear tapones roscados normales con cabeza hexagonal o tapones especiales, según DIN 908, con anillo y hexágono embutido. A continuación damos los datos más importantes de este tipo de tapones. 1—82 Sistemas de lubricación de reductores Dependiendo de las condiciones de trabajo, y de la propia configuración del reductor, se utilizan diferentes tipos de lubricación de forma que se pueda asegurar en todo caso la llegada del lubricante tanto a los puntos de engrane, como a los rodamientos en los apoyos. Lubricación por barboteo Es la más simple, y consiste en disponer un baño de lubricante en la parte inferior de la carcasa, que es salpicado por el engranaje o engranes que están parcialmente sumergidos en él. El nivel correcto para el salpicado, es que el aceite llegue al diámetro de fondo del engranaje más un módulo aproximadamente. En algunas ocasiones, cuando la velocidad de salida del reductor es muy lenta, se toma como referencia no el último engranaje, sino el penúltimo ya que aquél no producirá el salpicado deseado. Asimismo dependiendo del diseño del reductor, en algunos casos se combina la lubricación por salpicado con lubricación por grasa del algún rodamiento al que no llega el aceite. La lubricación por BARBOTEO es válida para velocidades de engrane inferiores a 10/12 m/s, en velocidades mayores, no es efectiva. Lubricación por bomba Cuando la velocidad de engrane es superior a 10/12 m/s o la disposición del reductor (ejes verticales por ejemplo) impide la llegada del salpicado a algún punto de engrane, es necesario utilizar la lubricación por bomba, para impulsar el aceite hasta los puntos difíciles. La bomba puede estar conectada a uno de los ejes rápidos del reductor, mediante un acoplamiento sencillo, o puede ser motobomba independiente. Asimismo el depósito de lubricante puede estar formado por la parte baja de la carcasa de la que la bomba toma el lubricante para hacerlo retornar a él, o puede ser necesario un depósito adicional concertado con la carcasa, a fin de conseguir una cantidad mayor de lubricante. 1—83 El caudal de la bomba de engrase, está relacionado con la potencia del reductor, y partiendo de esta base, la cantidad de aceite en el depósito, se fija teniendo en cuenta el tiempo de renovación T, que habitualmente se sitúa en valores entre 7 y 10 de tal modo que: T= Q Qe Siendo: Q = Cantidad de aceite total Qe = Caudal de la bomba en l/minuto Puede utilizarse como fórmula de definición de Qe la siguiente: Qe= 26 N2 (CV) = l/min At Siendo: N2= Potencia pérdida At= Salto térmico en el lubricante (40° C para temperatura ambiente 20° C) Como orientación práctica diremos que el total de lubricante disponible en el depósito o capacidad de aceite del reductor debe pasar por la bomba, como máximo entre 5 y 8 veces por hora, lo cual permite calcular el caudal de la misma, partiendo del dato capacidad de aceite. En todo caso debe tenerse en cuenta que la temperatura del aceite no debe sobrepasar los 60° C en el caso de lubricación por bomba. El tipo de bomba que se emplea más frecuentemente es el de engranajes. Lubricación con refrigeración exterior Como variante del sistema de lubricación por bomba, se introduce en determinados casos un sistema de refrigeración de lubricante. Este dispositivo no está motivado fundamentalmente por la necesidad de perfeccionar la lubricación desde el punto de vista de cantidad, etc, sino para estabilizar la temperatura de funcionamiento, de una parte evitando que un calentamiento excesivo del aceite perjudique su efectividad de lubricación, y de otra, consiguiendo aumentar la capacidad de disipación térmica del reductor a efectos de la potencia límite térmica que luego veremos. 1—84 Como referencia, el aceite lubricante no debe exceder en funcionamiento la temperatura de 90° C en lubricación por barboteo y 60/70° C en la lubricación por bomba. Lubricación múltiple centralizada Se utiliza en el caso de tener varios reductores próximos entre sí que necesiten circuito de lubricación exterior. Se dispone entonces un depósito exterior común, una bomba única, y reguladores de caudal individuales para cada reductor, con colector de retorno de aceite al depósito. Es un sistema empleado con frecuencia en mesas de perfilado en frío, mesas de rodillos, etc, en que existen reductores próximos entre sí. Elementos básicos de cada tipo de lubricación LUBRICACIÓN POR BARBOTEO Debe disponer de un buen tapón de respiración, tapón de llenado de aceite, cala o visor de nivel de aceite, y tapón o tapones de purga. LUBRICACIÓN POR BOMBA Debe disponer de filtro de aspiración, válvula de retención e indicador de paso de aceite como mínimo además de los elementos antes mencionados. Dependiendo de la importancia del reductor, puede añadirse presostato, termostato, filtro duplex limpiable en servicio, avisador acústico de falta de engrase, y todas las secuencias eléctricas que son necesarias partiendo de los elementos mencionados de control del circuito. Los elementos mencionados son comunes a los sistemas de lubricación centralizada y con refrigerador incorporado. 1—85 Mecánica y mecanismos 8 Muelles Los muelles son elementos mecánicos que se emplean, con frecuencia, en las fabricaciones mecánicas. Hay gran variedad, según sus formas y dimensiones, de acuerdo con la finalidad a que se destinen. Están fabricados en acero especial, cuya propiedad principal es la elasticidad. Por su construcción son susceptibles de absorber deformaciones considerables bajo la acción de una fuerza, y de volver a su forma de origen cuando cesa la acción de la misma (UNE 1 042). Muelles helicoidales Los muelles helicoidales están formados por alambres de sección redonda y también de sección rectangular y cuadrada, arrollados generalmente en hélice a la derecha. Se montan como elementos elásticos entre otras piezas de máquinas o útiles, haciéndolos trabajar a compresión, torsión y tracción. Resorte cilíndrico de compresión Trabaja tratando de extenderse hacia afuera, en el sentido de su eje, oponiéndose a una fuerza externa que lo comprima. Este tipo de resorte es el de uso más general; se emplea en válvulas, engrasadores, etc. (figura 90). Para conseguir un funcionamiento correcto, los extremos de un resorte de compresión han de presentar superficies de apoyo planas y perpendiculares a su eje (figura 91). Por este motivo, las dos espiras extremas son más próximas y están esmeriladas. 1—86 Figura 90 Figura 91 MUELLES DE COMPRESIÓN CÓNICOS, DE SECCIÓN RECTANGULAR DIN 29 Están formados por una lámina de acero enrollada en forma cónica (figura 92A). Sus otras formas de representación se ven en las figuras 92B y 3C. La sección de la lámina que los constituye disminuye con el radio de arroIlamiento del resorte. Figura 92 Su forma cónica está concebida de manera que, bajo el efecto de una carga dada, la altura del resorte sea mínima. En las figuras 93A y 93B se ve su forma de trabajo. 1—87 ACOTACIÓN DE MUELLES CÓNICOS DE COMPRESIÓN Los datos para acotar son los siguientes (figura 92C): dm = Diámetro medio de la base superior. Dm = Diámetro medio de la base inferior. b = Anchura de la lámina. e = Espesor de la lámina. Lo = Longitud libre del muelle. Los muelles de sección redonda se acotan de forma similar. Figura 93. Aplicación de un resorte cónico: A) sin trabajar; B) bajo la acción de una fuerza Muelles de platillo Están formados por arandelas de platillo cónicas que se van interponiendo, unas encima de otras, según convenga (figuras 94A, 94B, 94C y 94D). Este tipo de muelle tiene cada día mayor aplicación, dada la simplicidad de su composición y las cualidades que reúne. Su cálculo se hace según DIN 2 092. 1—88 Figura 94 Cuando se representan montados, basta ennegrecer o rayar las superficies de la sección. Muelle cilíndrico de tracción Se llama así el resorte que ejerce la acción hacia su interior, oponiéndose a una fuerza exterior que trata de estirarlo (figura 95). Figura 95 Figura 96 1—89 Resortes de espiral DIN 29 Este tipo de resorte se emplea para producir un movimiento y se aplica, principalmente, en mecánica de relojería, en juguetes mecánicos, metros enrollables, cerraduras, etc. En las figuras 97 (A), (B), (C) y 98 (A), (B), (C) y (D) se aprecian las formas de representación, sin tensión y en posición de trabajo. Acotación Los datos para calcular y acotar el muelle son (figuras 25 (A) y 26 (A)): D = Diámetro de la caja donde se ajusta el resorte. d = Diámetro del eje donde se enrolla el eje. b = Espesor del fleje. n = Número de espiras. L = Longitud del desarrollo del fleje. di = Diámetro del fleje enrollado. Fórmulas: Figura 97. Muelle de resorte en espiral sin tensión d1=D - 2 nb = d + 2 nb D= d2+ π 8 bL Figura 98. Muelle de resorte en espiral con tensión 1—90 Mecánica y mecanismos 9 Empaquetaduras Siempre que un eje atraviesa la pared de un depósito que contiene un fluido a presión, éste tiende a escapar por la zona en que sobresale el eje. El problema, por consiguiente, consiste en practicar una obturación en el eje, tanto en su condición estática como dinámica con el mismo dispositivo de cierre (figura 99). Figura 99 El sistema más antiguo que se conoce, pero que aún se emplea, es la empaquetadura, que ya se utilizaba como cierre en el suroeste de Asia unos 4.000 años a.C. La empaquetadura es un sistema de cierre que actúa axialmente limitando las pérdidas de fluido hacia el exterior. En la figura 2 se puede ver el esquema de un sistema de empaquetadura en una caja de estopa. 1—91 Las características del funcionamiento de las empaquetaduras son las siguientes: • Es un cierre axial. • Tiene pérdidas controladas. • Desgasta la camisa o eje donde hace el cierre. Figura 100. Empaquetadura típica Inicialmente la empaquetadura, una vez en su alojamiento, es comprimida por medio del prensaestopas y cuando la bomba está operando, el fluido bombeado pasará por la tolerancia entre la empaquetadura y el eje rotativo, actuando como lubricante y ayudando a disipar el calor de fricción resultante. Este último punto es muy importante y con frecuencia ignorado por algunos operadores o mecánicos, que al observar la fuga del producto efectúan ajustes excesivos para detenerlo, con lo cual la empaquetadura trabaja en seco limitando consecuentemente su vida y ocasionando desgastes prematuros de la camisa o del eje (figura 101). Figura 101. Efecto de la presión de apriete de la empaquetadura 1—92 Cuando la empaquetadura se utiliza para altas temperaturas o altas presiones, el calor generado por la fricción es necesario disiparlo por medio de un lubricante. Esta refrigeración se requiere también cuando se opera con fluidos cuyos valores lubricantes no son satisfactorios. La lubricación externa se introduce en la cajaestopa por medio de un anillo linterna que generalmente se localiza en la mitad de la misma; sin embargo, su exacta localización debe ser determinada en base a la viscosidad y poder lubricante del fluido introducido, así como las condiciones de operación de la bomba contra las cuales actúa la empaquetadura. Los medios de introducir o inyectar este lubricante varían de acuerdo con los requerimientos y las condiciones de servicio. Pueden ser tan simples como el uso de un engrasador o complicados como la instalación de un sistema independiente de bombeo para suministrar dicho lubricante a la presión y temperatura deseada. El medio más usado es hacer recircular el mismo fluido bombeado tomándolo de una zona muy próxima a la descarga de la bomba o inyectándolo directamente en la cajaestopa. Con esto se asegura una circulación continua en la zona de empaquetadura, a pesar de los efectos de vacío o cavitación que pueden existir sobre la empaquetadura y permitir una más rápida disipación del calor (figura 102). Figura 102. Esquema típico de lubricación de empaquedatura La línea de recirculación es indispensable cuando el líquido bombeado contiene un cierto porcentaje de sólidos. Si el contenido sólido en un líquido bombeado es irrelevante no teniendo un porcentaje bien determinado de sólidos, se puede recircular el mismo líquido bombeado empleando una tubería de recirculación colocada detrás del impulsor, 1—93 pues éste deja el líquido a sus espaldas relativamente limpio. Si el peso específico de los sólidos es elevado respecto al líquido bombeado, se puede conectar a la tubería de recirculación un separador ciclónico que elimina eficazmente los sólidos e impide el atascamiento de las tuberías como ocurre frecuentemente con un filtro. No existe ninguna empaquetadura que pueda resistir la acción abrasiva de los sólidos, debido a esto el límite de la duración de la empaquetadura es notablemente reducido y, teniendo en cuenta que la empaquetadura actúa como un dispositivo de control de la pérdida, se requiere una más adecuada lubricación para que ésta no se arruine. Las propiedades deseables y necesarias para que una empaquetadura pueda funcionar correctamente son las siguientes: • La empaquetadura debe ser suficientemente moldeable para conformarse al eje o camisa bajo la presión del prensaestopas. • No debe tener ningún componente que pueda ser disuelto, atacado o debilitado por el fluido bombeado o por el lubricante. • Debe ser lo suficientemente elástica para absorber los movimientos radiales normales del eje a su camisa. • Bajo efectos de presión debe adaptarse por sí misma sin extruirse ni producir fricción. • No debe causar abrasión ni corrosión al eje. • Debe disminuir su volumen lentamente de modo que no requiera frecuentes ajustes o reposiciones. Clasificación de las empaquetaduras Independientemente del hecho de que una empaquetadura pueda utilizarse con un eje rotativo, todas las empaquetaduras se clasifican en tres grupos básicos: empaquetaduras metálicas, empaquetaduras plásticas y empaquetaduras de fibras trenzadas. 1—94 Bajo el análisis de sus propiedades básicas se puede llegar a una correcta selección del estilo de empaquetadura más adecuado para un determinado servicio, siempre que se consideren además los factores básicos de inatacabilidad por el fluido bombeado y resistencia a la temperatura y a la presión de servicio. En el gráfico dibujado se pueden ver los tipos de empaquetadura y los elementos que las constituyen. La instalación de la empaquetadura Independientemente de la correcta selección de una empaquetadura para un servicio determinado y de los medios de lubricación escogidos, la empaquetadura continuará dando problemas si no se toman medidas adecuadas para su instalación. 1—95 Ofrecemos aquí las secuencias exactas que cada instalador tiene que tener en cuenta al empaquetar una bomba o una válvula. 1. Extraer la empaquetadura desgastada con unos extractores de tamaño adecuado y limpiar perfectamente el interior de la cajaestopas comprobando las dimensiones de la misma y el eje (figura 103). 2. Controlar la concentridad del eje en relación al diámetro interior de la cajaestopas (figura 104). Figura 103 Figura 104 3. Controlar la excentricidad del eje, la cual no debe exceder de cinco centésimas en diámetro (figura 105). 4. Limpiar la superficie de eje interesada a la empaquetadura y eliminar todas las virutas o rayas formadas por la precedente empaquetadura (figura 106). Figura 105 Figura 106 5. Examinar detenidamente el anillo prensaestopas y controlar que la tolerancia entre el diámetro interior de la cajaestopas y el diámetro exterior del anillo no sea superior a cuatro décimas. Al mismo tiempo, la tolerancia entre el anillo prensaestopas y el eje no tiene que ser en ningún caso 1—96 superior a 25 centésimas, de manera que la empaquetadura no tenga posibilidad de extruirse por debajo del prensaestopas (figura 107). 6. Medir la profundidad de la cajaestopas para asegurarse del número de anillos que habrá de introducirse (figura 108). 7. No teniendo aros preformados, cortar de una espiral tantos aros corno hagan falta para empaquetar la cajaestopas de la firma indicada en la figura. Hay que tener en cuenta que el corte de la empaquetadura será siempre a 45° (figura 109). Figura 107 Figura 108 Utilizando empaquetaduras metálicas y plásticas, se deberá abrir el aro para su instalación en el sentido de la espiral apartando sus puntas axialmente. Si esta abertura no es suficiente pueden hacerse cortes interiores parciales a cada anillo de empaquetadura. Figura 109 Figura 110 8. Instalar cada anillo individualmente con la ayuda de bujes partidos y asentarlos firmemente en su lugar presionando con la ayuda del prensaestopas. Si se usan empaquetaduras de teflón o grafito, hay que deslizarlas sin comprimirlas. 1—97 9. Asegurarse que los cortes de los aros queden a 120° uno de otro (figura 111). 10. Si la instalación incluye un anillo linterna éste debe ser posicionado directamente debajo del orificio de inyección, considerando la compresión y pérdida de volumen que absorberán los anillos de fondo. Figura 111 11. Posicionar el prensaestopas contra el último anillo de empaquetadura y comprobar su apriete haciendo girar el eje con la presión de la mano (figuras 112 y 113). Figura 112 Figura 113 12. Presurizar la cajaestopas con el líquido manipulado y téngase en cuenta que la fuga debe aparecer tan pronto como se establezca la presión. Si esto no ocurre, la caja puede sobrecalentarse quemando repentinamente, sea la empaquetadura sea el eje o camisa donde está instalada ésta última. En este caso parar inmediatamente la máquina y aflojar las tuercas y arrancar otra vez hasta que la fuga se mantenga constante. Después de haber operado por unos 10 minutos con una fuga invariable, se empieza a regular la empaquetadura apretando las tuercas del prensaestopas uniformemente. Hay que dar un sexto de vuelta completa a intervalos regulares, cada diez minutos, hasta reducir la fuga a un nivel aceptable. 1—98 Cualquier ulterior ajuste se hará siempre de la misma forma, es decir, dando un sexto de vuelta a cada tuerca por intervalos aproximados de diez minutos y siempre que la bomba esté trabajando en sus normales condiciones de presión y temperatura. Apretado de la empaquetadura En general el sistema de apretado siempre es manual, bien por tuerca o con espárragos. Con la tuerca (figura 114) se consigue que el apretado sea perpendicular al eje, pero puede provocar la rotación de la empaquetadura en el montaje, y además se tiene un difícil control sobre el apretado. El otro sistema es por espárragos (figura 115) que permite un mejor control del apretado, sea o no fuerte; y no permite la rotación de la empaquetadura, aunque es condición indispensable que el prensa se apriete de forma regular para que entre perpendicular al eje. Figura 114. Cabezal aceptable para pequeños diámetros Figura 115. Cabezal recomendado 1—99 Ejemplos de sistema de presa estopas Figura 116 Figura 117 1—100 Algunas causas de fracaso en la utilización de empaquetaduras para ejes Un juego de empaquetadura desgastado puede ser de interés para poder saber la causa de un desgaste prematuro después de un examen cuidadoso. En la tabla siguiente, se indican algunas ideas para detectar dificultades en la empaquetadura. OBSERVACIÓN SUGERENCIAS No aparece fuga durante la puesta en marcha. Aflojar la tuerca prensaestopas para facilitar una fuga abundante. Si la succión es ne gativa, instalar una linterna y conectarla a la descarga. Fuga excesiva durante la puesta en marcha. Comprobar si la empaquetadura tiene el tamaño correcto. Los anillos han sido colocados de acuerdo con las instrucciones contenidas en el catálogo. Comprobar la concentricidad del eje. Los anillos están aplastados debajo del eje. Comprobar los cojinetes. La empaquetadura está, probablemente, soportando el peso del eje. Los anillos está aplastados por la parte superior o por uno de los lados. Comprobar la alineación del eje. Podría producirse una excentricidad por desgaste de los cojinetes. Un abultamiento muy notorio en los lados del anillo. Probablemente una excesiva separación con el anillo adyacente. Los anillos cortados demasiado cortos. Los lados exteriores de los anillos brillantes o desgastados. Los anillos podrían estar demasiado flojos y girar con el pie. Los anillos fluyen a través del anillo de fondo. Demasiado juego entre el diámetro exterior del eje y el diámetro interior del casquillo. Instalar buje. También podría ser una pre sión excesiva del prensaestopas. 1—101 OBSERVACIÓN SUGERENCIAS El primer anillo en malas condiciones. Los anillos de fondo correctos. Defectuosa colocación del juego de anillos. Véanse instrucciones en el catálogo. Los juegos de anillos desaparecen. La empaquetadura es absorbida. Instalar buje en la parte interior. La empaquetadura está desgarrada. Comprobar el casquillo por si existen asperezas. ¿Hay abrasivos? Ver instrucciones en catálogo para efectuar la oportuna corrección. Los anillos están quemados. Las superficies secas y chamuscadas. Comprobar el tamaño correcto de las empaquetaduras. ¿Se ha seleccionado la empaquetadura teniendo en cuenta las limita ciones de temperatura y/o la velocidad periférica? Comprobar la lubricación. ¿Hay abrasivos? La empaquetadura se endurece. Véase ANILLOS QUEMADOS más arriba. ¿Pue den existir líquidos que se solidifican? La empaquetadura se reblandece. Comprobar la correcta elección del estilo y asimismo la lubricación. Pérdida excesiva de lubricante. La tuerca prensaestopas, excesivamente apretada. Comprobar la selección de empaquetadura, temperatura, excentricidad del eje. Fugas inexplicables. Puede existir fuga en la camisa. Reemplazar la junta del casquillo entre éste y el eje. La empaquetadura se agarra al eje al parar. Líquido saturándose o solidificándose en el juego de empaquetadura. Proporcionar lu bricante a la empaquetadura antes de la pa rada. 1—102 Mecánica y mecanismos 10 Cierres mecánicos Introducción a los cierres mecánicos El cierre mecánico ha sido concebido como un dispositivo utilizado para realizar el sellado de ejes giratorios. Es más efectivo que la empaquetadura tradicional, utiliza piezas recambiables y no desgasta ni origina cualquier otro efecto sobre los equipos donde se ha instalado. En general, se puede decir, que los cierres mecánicos se instalan hoy en equipos y en condiciones ambientales muy similares, en los que las empaquetaduras fueron utilizadas en tiempos pasados. Con gran diferencia, la mayor utilización de los cierres mecánicos se realiza en las bombas para la industria y los siguientes comentarios, abiertos a una amplia interpretación, se refieren principalmente a dichos equipos. El cierre mecánico Un cierre mecánico consiste esencialmente en dos superficies planas radiales: una montada sobre el eje giratorio y otra estacionaria de tal forma, que el sellado se consigue mediante el contacto de una superficie sobre otra. Una de la superficies, tienen una posición fija; mientras que la contraria está dotada de una cierta flexibilidad radial y axial, a fin de compensar los movimientos del eje. Esta flexibilidad axial hace posible el montaje del cierre mecánico dentro de unos límites prácticos sin necesidad de ser demasiado precisos. La precisión requerida para el montaje depende del diseño del cierre. La figura 118 muestra cómo las dos superficies radiales retienen el líquido. En la figura 119 se aprecia cómo una de las 1—103 superficies radiales —denominada cara— está montada flexiblemente, ligeramente apretada contra el asiento mediante un resorte y arrastrada por el eje. La cara está sellada también con respecto al eje, siendo este rasgo, junto con el diseño del resorte, lo que determina la variedad de cierres mecánicos. Figura 118. (A) Montaje interno. (B) Montaje externo FUNDAMENTOS DEL SELLADO: las fugas de líquido se impiden mediante dos superficie planas —una rotativa y la otra estacionaria—, deslizando una sobre otra. Figura 19 Los elementos principales de un cierre mecánico son: resorte, sistema de arrastre de la cara, elemento secundario de sellado, cara giratoria, asiento y junta del asiento. Su concepción e interrelación determinan una amplia variedad de diseños en cierres mecánicos. 1—104 ÚTILES DE MEDICIÓN Útiles y medición 1. Instrumentos de medición directa a trazos 2. Instrumentos de medición indirecta 2—3 Útiles de medición 1 Instrumentos de medición directa a trazos Pie de Rey Es el aparato de medida directa más extendido; se utiliza para pequeñas y medianas precisiones 0,1, 0,05 o 0,02. En estos instrumentos pueden existir varias causas por las cuales se introducen errores considerables en la medida: presión de apriete en las bocas, variable con el operador y dilatación de la regla (en un pie de rey de 500 mm, con una variación en la temperatura de 10°, la variación de longitud alcanza 0,05 mm). Los pie de rey de cierta calidad, son de acero inoxidable y tienen las bocas templadas y rectificadas. La figura 1 muestra un calibre pie de rey normal (con capacidad hasta 180 mm). Figura 1 2—4 Como se ve en las figuras, generalmente constan de una regla graduada y doblada a 90° por un extremo. En esta regla se desliza una nueva escuadra, provista también de graduación, llamada nonius. El fundamento del nonius, se puede comprender con el siguiente ejemplo: Supongamos una longitud de 9 mm según figura 2. Si la dividimos en 9 partes iguales, cada división vale 1 mm; pero si la dividimos en 10, cada una de ellas vale 9/10 mm. La diferencia, pues, entre una división de 1 - 0,9 = 0,1 mm. Figura 2 Figura 3 Por lo tanto, si corremos la rejilla inferior 0,1 mm la primera división, a partir del cero, coincidirá con la de arriba figura 4, si medimos 0,2 será la segunda división la que coincidirá, figura 5, y así sucesivamente. Figura 4 Figura 5 En el caso práctico de efectuar una medida cualquiera, el nonius indicará en la escala superior los milímetros enteros. Las fracciones de mm (décimas en este caso) nos las marca la división del nonius que coincida con una de la regla, o esté más próxima a una división de la regla. En la figura 5 se efectúa una medición de 12 mm y 9 décimas (12,9). 2—5 En general, para saber la apreciación de un nonius, bastará con dividir la medida de la menor división de la regla por el número de divisiones del nonius. Por ejemplo si un nonius tiene 20 divisiones, la apreciación será: 1 mm (menor medida de la regla) 20 (número de divisiones del nonius) = 0,05 mm Los pie de rey suelen tener nonius divididos en 10, 20 y 50 partes. Calibre sonda Es una variación del calibre pie de rey, utilizado para la medición de profundidades de taladros o la separación entre dos planos orientados al mismo lado. Un ejemplo de estos calibres se puede ver en la figura 6. Su construcción y funcionamiento es similar al pie de rey. Figura 6 La ventaja de utilizar este calibre sonda, a utilizar la varilla posterior del pie de rey, es sobre todo, una mayor precisión al tener mejor apoyo de la corredera especial y mayor rigidez de la regla, respecto a la varilla de los calibres ordinarios. 2—6 Las figuras 7 y 8 representadas indican dos maneras diferentes de hacer mediciones de profundidades o espesores. Figura 7 Figura 8 Micrómetro Su diseño primitivo y prototipo fue inventado en 1848, por un francés llamado Palmer. Permite en su ejecución normal, la apreciación de una medida con precisión de 0,005 mm. Figura 9 2—7 La figura 9 muestra una vista del conjunto del aparato. Básicamente está compuesto de un cuerpo fijo en forma de C, concebido para resistir a la deformación por flexión. El acero utilizado en su construcción está tratado y estabilizado. La punta fija (reglable en algunos aparatos) está templada y lapeada sirviendo de origen de cota; la punta móvil, también templada y lapeada, está constituida por un tornillo de acero tratado y estabilizado cuya rosca, con un paso de 1 mm o 0,5 mm, se rectifica con una tolerancia de 0,001 mm sobre el paso. Estas dos superficies de contacto, en micrómetros de calidad, van provistas de plaquetas de carburo de tungsteno para reducir el desgaste. La tuerca del tornillo micrométrico tiene un roscado cónico exterior y está hendida, lo que permite eliminar el huelgo, gracias a una tuerca prevista a tal efecto. Un botón con trinquete arrastra el tornillo en el giro, lo que permite limitar la presión de contacto de los palpadores sobre la pieza a un valor constante del orden de 1 kg. Todos los tornillos micrométricos disponen de un anillo de blocaje para fijar la punta móvil mediante un freno de manera que evite cualquier desplazamiento axial del tornillo y por tanto un error de medida. El funcionamiento, y por tanto la apreciación de un micrómetro, se basa en el paso del tornillo y en las divisiones del tambor giratorio. Normalmente el tambor tiene 50 divisiones y la graduación recta es doble, por debajo de la línea divisoria de referencia; la superior graduada en milímetros y la inferior también, pero desplazados 0,5 mm respecto a la superior, de manera que indica los medios milímetros. Al tener el tornillo un paso de 0,5 mm cuando se gire el tambor una vuelta completa, coincidirá el cero con la primer división inferior figura 10. 2—8 Figura 10 De esta manera a cada vuelta, el tambor se desplaza axialmente 0,5 mm Las divisiones superiores medirán milímetros enteros y las inferiores medios milímetros. Como el tambor se puede girar, no sólo a vueltas enteras, sino cualquier fracción de vuelta, sucederá que se podrán medir dimensiones menores de 0,5 mm. Observando que la línea del tambor, que coincide con la línea de referencia, o esté más próxima a ella, la lectura se hace así: Cada división del tambor equivale a desplazar el tornillo 0,01 mm puesto que éste avanza 0,5 mm y aquél tiene 50 divisiones. Apreciación = 0,5/50 = 0,01 mm Según esto, primero se leen los milímetros enteros, indicados por la última línea (A): 7 mm. Si aparece alguna división de medios milímetros la lectura anterior será 7,5 mm. Finalmente se leen las divisiones del tambor, que en este ejemplo son 39. Sumando todos los apartados tenemos una medida de: 7,5 + 0,39 = 7,89 mm. 2—9 Si no coincidiese una línea del tambor, por estimación se puede apreciar aún una tercera cifra decimal. Hay micrómetros que con auxilio de un nonius o cualquier otro medio, pueden llegar a apreciar milésimas de milímetro eliminando la medición por estimación indicada anteriormente. Los micrómetros están concebidos para mediciones de cotas pertenecientes a superficies con pasadas de acabado con la herramienta, o por rectificado, es decir, teniendo un acabado como mínimo de dos triángulos. 2—10 Normas para la utilización de un micrómetro Estas herramientas son extremadamente delicadas, por ello hay que tener una serie de precauciones en su manejo, las cuales enunciamos a continuación: • Al medir, no extremar nunca la presión sobre la pieza, emplear el atracador del trinquete. • No deslizar las bocas sobre las piezas; si se quiere comprobar el paralelismo o diámetros en varios puntos, se hace lectura individual cada vez, abriendo y cerrando el micrómetro. • No medir nunca piezas en movimiento. • Medir sobre piezas limpias y pulidas. • Comprobar que al medir interiores se hace según un diámetro y no según una cuerda (figura 11). • Al medir redondos hacer al menos dos mediciones. • Guardarlo siempre en su estuche o encima de una gamuza, o bayeta limpia. Figura 11 • Una vez utilizado limpiar con un paño y engrasarlo con vaselina blanca pura. 2—11 Puesta a cero y reglaje de un micrómetro Como ya se vio, con el uso pueden desgastarse los contactos o simplemente desajustarse. Para verificar si el cero es exacto, basta aproximar los puntos hasta su contacto, si la capacidad de medida es 0-25. Si es superior, los puntos se ajustarán al PATRÓN previsto para el calibrado, a la capacidad mínima del aparato. La puesta a cero se efectuará reglando la tuerca de recuperación del juego dispuesta en el interior del tambor graduado. Medición de ángulos Transportadores de ángulos Son aparatos para la medición directa de ángulos, también llamados GONIÓMETROS. La figura 12 muestra el más utilizado en los talleres (GONIÓMETRO UNIVERSAL). Consta de una pieza en forma de escuadra unida a un limbo o círculo graduado (1) y un disco (2) que gira concéntricamente al limbo llevando consigo el brazo (3), en el que se fija una regla deslizante (4). El tornillo (5) moleteado fija el conjunto y en algunos goniómetros también la regla. Figura 12 2—12 El limbo está dividido en grados y numerado cuatro veces de 0 a 90 grados, de manera que la línea de ceros u origen de medida es paralela a uno de los lados de la escuadra y la línea de 90° paralela al otro lado (figura 13). Sobre el limbo va montado un nonio que permite la lectura directa con precisión de 1/12 de grado o sea 5 minutos. El fundamento y la lectura del nonio es similar al de los pies de rey; la figura 14 muestra un detalle de uno, indicando la lectura 12° 40' (marcada con un asterisco). Figura 13 Figura 14 Como se observa, el nonio es doble para poder hacer las lecturas en uno y otro sentido, según el cuadrante del limbo en el que se efectúen estas lecturas. Los extremos de la regla están biselados con ángulos de 45 a 60°, variando la longitud de la regla entre 150 y 500 mm según los aparatos. La medición con estos goniómetros se realiza situando el ángulo a medir de forma que sus lados coincidan con un lado de la regla y otro de la escuadra, deslizando la regla a uno y otro lado y empleando el lado de la escuadra más cómodo para la medición. En la figura 15 se muestran diversos casos de aplicación. 2—13 Figura 15 Cuando el lado de la escuadra empleado es el paralelo a la línea de 90° del limbo, la medida leída es directamente la del ángulo, si éste es agudo (figura 16), o la medida suplementaria, si es obtuso (figura 17). Figura 16 Figura 17 Si se emplea el lado de la escuadra paralelo a la línea 0°, la lectura en el limbo es el complemento del valor del ángulo, cuando éste es agudo. Si por el contrario es obtuso, se sumarán 90° a la medida obtenida (figuras 18 y 19). Figura 18 Figura 19 2—14 En algunos goniómetros se acopla una pequeña lupa para facilitar la lectura del nonius, ya que las divisiones están muy próximas entre sí. Niveles de burbuja Dada su gran sensibilidad, estos aparatos permiten medir pequeños ángulos con una gran precisión, dando el nivel la pendiente del ángulo; se pueden considerar, por tanto, comparadores de pendiente. Estos aparatos permiten realizar tres operaciones distintas: • Medida de ángulos pequeños formados por dos superficies de las cuales una es horizontal. • Colocar horizontalmente un elemento de referencia o de nivelación. • Medidas de los defectos de una superficie con relación a un plano horizontal. En la construcción de máquinas, los niveles lineales (figura 20) sirven ya para verificar la planitud de una superficie, ya para verificar la horizontalidad de un plano o de un eje. El nivel cuadrado (figura 21) permite además verificar la verticalidad de una superficie o un eje. Figura 20 Figura 21 La concepción de los distintos tipos de niveles varía según su precisión; por lo que trataremos de los empleados en la construcción y verificación de las máquinas herramientas. Básicamente el nivel de aire o burbuja está formado por un tubo de vidrio curvado (figura 22), con un radio de curvatura determinado. El tubo está lleno de un líquido muy fluido (éter o alcohol), dejando una burbuja de 20 a 30 mm de lon2—15 gitud. Los extremos están cerrados con un soplete o sellados con un mástic insoluble en el líquido que lo llena. Este tubo de vidrio, que se llama AMPOLLA O FLOTA DE NIVEL, está provisto de trazos de referencia para medir los desplazamientos de la misma. La ampolla va montada rígidamente en un tubo metálico provisto de una abertura longitudinal que permite observar los desplazamientos de la burbuja (figura 23). Figura 22 Figura 23 Todo este conjunto se monta de forma rígida o ajustable sobre un soporte a base de distintas formas, dando origen a los distintos niveles como ya se vio en las figuras 19 y 20. SENSIBILIDAD DE UN NIVEL Es la variación de pendiente por metro al dar a la burbuja un DESPLAZAMIENTO CORRESPONDIENTE A UNA DIVISIÓN DE LA GRADUACIÓN DEL TUBO. Normalmente los niveles de precisión tienen una sensibilidad de 0,02 mm por metro, teniendo los trazos del tubo distantes 2 mm. Esta sensibilidad depende del radio de curvatura del tubo que porta la burbuja. Un nivel se puede emplear como medida directa de inclinaciones pequeñas (menores de 2°) o bien como medida indirecta. Un nivel con una sensibilidad como la indicada anteriormente con una desviación de una división de la burbuja y con una base de 200 mm de longitud h será: h = (0,02 · 200) / 1.000 = 0,004mm Esta relación permite calcular la desnivelación relativa entre los dos extremos del nivel para un desplazamiento dado de la burbuja. 2—16 Para la medida directa de inclinaciones pequeñas α < 2 °, colocar el nivel sobre la superficie que se ha de controlar, anotando la separación de la burbuja en + o - con relación a la graduación cero. Figura 24 En las medidas indirectas de indicaciones pequeñas, colocar el nivel sobre la superficie, con lo que la burbuja desaparece a la izquierda o a la derecha según sea el sentido de la pendiente. En el lado más bajo se colocará una galga o bloque patrón de valor A (figura 25), con lo que se consigue que la burbuja vuelva a cero. El ángulo se deduce por: sen α = A / L Figura 25 En ángulos de inclinación α < 2 ° se puede considerar sin inconvenientes L = 1, por lo que: tg α = A / L = inclinación Para el control del cero de un nivel sobre una superficie más o menos horizontal, se harán dos lecturas a 1800 y la burbuja deberá quedar en las mismas rayas de referencia. 2—17 Manómetros Son aparatos empleados para medir presiones de fluidos cerrados en recipientes o tuberías. Están basados en la elasticidad de los metales, y solamente se utilizan para medir presiones superiores a la atmosférica. Hay gran variedad de manómetros: de pistón, de membrana, de fuelle, etc., pero el más utilizado es el manómetro metálico de TUBO BOURDON (figura 26). Figura 26 Aunque es el más difundido no es muy preciso, puesto que con el uso hay ciertas piezas que sufren deformaciones permanentes que afectan a las lecturas. Básicamente está formado por un tubo de sección elíptica, arrollado en forma de circunferencia con una longitud aproximada a los 3/4 del total y cerrado en un extremo. Debido a la presión ejercida por un fluido sobre las paredes del tubo, éste tiende a enderezarse, y al estar uno de los extremos fijos (el abierto que se comunica con el fluido), se moverá el otro extremo que, actuando sobre un sistema de engranajes y palancas, producirá desviaciones en la aguja-índice. 2—18 Las variaciones de la aguja nos dan la medida de la presión que hay en el interior del tubo, que prácticamente es la misma que en el resto del sistema hidráulico. De este modo podemos leer directamente la presión, sin más que colocar detrás de la aguja una escala debidamente graduada. El material del tubo es diferente según la naturaleza del fluido que se mida. Así hay tubos de latón, de bronce, de acero, de aleaciones especiales, etc. Generalmente permiten hacer medidas hasta el orden de los 7.000 kg/cm2, pero siempre teniendo en cuenta que no es muy exacto, como decíamos anteriormente y falsea los resultados. Debido a esto, es conveniente contrastarlos de vez en cuando con un manómetro patrón. La corrección puede hacerse moviendo la aguja sobre su eje o corrigiendo la posición de los piñones, hasta obtener lecturas coincidentes. Para presiones superiores a 15 kg/cm2 se utilizan preferentemente tubos BOURDON en forma de espiral (figura 27). Figura 27 Contraste de manómetros La graduación o contrastación de un manómetro mediante un BOURBON patrón se puede efectuar con un dispositivo semejante al indicado en la figura 28. 2—19 Una vez conectados los manómetros se abre la llave de A y se ejerce presión en D para evacuar el aire que pueda haber en las tuberías. A continuación se cierra la llave y se procede a la comprobación. Figura 28 Un sistema más perfeccionado es el de la figura 29, donde la comprobación se efectúa mediante aire comprimido a bastante presión. Figura 29 2—20 Lecturas en escalas graduadas Los manómetros y otros aparatos similares disponen de una gran variedad de escalas para la lectura de medidas directas, pero el principio básico en la interpretación es el mismo para todas. Un ejemplo puede ser el de la figura 30, donde el manómetro tiene una escala para efectuar mediciones entre 0 y 30 kg/cm2. La escala tiene 30 divisiones, por lo tanto cada una indicará 1 kg/cm2. Por indicar la aguja el punto que corresponde a la división 12, se leerán 12 kg/cm2. Si la aguja sobrepasa 4 divisiones se leería 14 kg/cm2. En la figura 31 tenemos la misma escala del ejemplo anterior, pero vemos que la aguja se encuentra entre la división 17 y la 18, por lo que la presión será de 17,2 kg/cm2 aproximadamente. Figura 30 Figura 31 Figura 32 2—21 Existen, como dijimos, gran variedad de escalas. Por ejemplo la de la figura 32, en la cual entre el 0 y el 10 solamente hay 5 divisiones, por lo que cada una indica 2 kg/cm2. En el caso representado se están midiendo 36 kg/cm2. En la figura 33 cada división nos indica 0,25 kg/cm2 puesto que entre el 0 y el 1 hay 4 divisiones. La aguja señala, por lo tanto, 2,25 kg/cm2. En la figura 34 cada división indica 0,1: 5 = 0,2 kg/cm2, pues el número de divisiones que hay entre 1 y 1,1 es de 5. La aguja señalará 1,32 kg/cm2. Figura 33 Figura 34 2—22 Útiles de medición 2 Instrumentos de medición indirecta Comparadores Estos aparatos permiten medir por comparación, es decir, determinan la magnitud de una pieza comparándola con la de un patrón cuyo valor sea aproximadamente igual. DIMENSIÓN DE LA PIEZA = DIMENSIÓN PATRÓN + DIFERENCIA Si la diferencia controlada permanece dentro de la tolerancia fijada, la pieza se considera correcta; en caso contrario se debe rechazar. La comparación de las diferencias entre pieza y patrón se aplica tanto a las dimensionales como a la forma geométrica. Por lo tanto, en un cilindro, se podrán comprobar el diámetro, longitud, excentricidad, etc. Los aparatos empleados para la medición se llaman COMPARADORES. Su campo de medición es muy limitado, variando de 10 a 0,25 mm según los tipos y su precisión de 0,01 a 0,001 mm llegando en algunos modelos a precisar 0,0001 mm. En este último caso los aparatos están dotados de un sistema de amplificación de medida. Son aparatos utilizados en la verificación bajo muy diversas formas, dada la robustez y simplicidad de empleo de la mayor parte de ellos. Según los modelos de amplificación, se puede hacer la siguiente clasificación: • Comparadores de amplificación mecánica. • Comparadores de amplificación óptica. 2—23 • Comparadores de amplificación neumática. • Comparadores de amplificación electrónica. Los comparadores de amplificación mecánica son los más extensamente empleados en el taller. Se conocen también con la denominación de comparadores de contacto, y el tipo más corriente es el de amplificación por engranajes. La figura 35 muestra uno de estos comparadores. Figura 35 Están formados por un cuerpo dotado de una esfera graduada (2); una aguja (3) señala en la esfera los desplazamientos longitudinales de la punta del palpador (1). Interiormente, dispone de un mecanismo amplificador que transforma los movimientos del palpador en desplazamientos muchísimo mayores de la aguja. La figura 63 muestra un esquema del amplificador. La varilla (1) que soporta el palpador, forma una cremallera que engrana con un piñón (2); éste trasmite su movimiento mediante un tren de engranajes (3, 4 y 5) que lo amplifica, al piñón (6) unido a la aguja de la esfera. Los engranajes están calculados para que a cada milímetro de desplazamiento del palpador, la aguja dé una vuelta completa a la esfera. 2—24 Figura 36 A su vez una rueda dentada (7) engrana con el piñón (6) y está provista de un resorte espiral (8) que tiende a hacer girar la rueda de manera que empuje siempre hacia abajo la varilla del palpador, con lo cual se logra que el palpador se mantenga siempre en contacto con la superficie que se comprueba. Esto asegura la presión de contacto al palpador sobre la pieza con una fuerza de 20 a 50 gr. Una esfera más pequeña (4) (figura 35) con su correspondiente aguja sirve para apreciar los desplazamientos del palpador cuando éstos son mayores de 1 mm. 2—25 Utilización general Para obtener lecturas correctas y evitar impulsos laterales en las superficies de guiado, se orientará LA VARILLA DEL PALPADOR PERPENDICULARMENTE A LA SUPERFICIE QUE SE HA DE VERIFICAR (figura 37). Figura 37 El palpador se mantiene permanentemente, sobre la pieza, como se vio anteriormente; para separarlo se actúa ligeramente sobre la cabeza extremo de maniobra, y una vez introducido o colocado sobre la pieza, se deja volver (generalmente el movimiento del palpador debe ser inferior a 1 mm). Después de tarar el palpador o después de colocar el patrón, se sustituye éste por la pieza, poniéndose de manifiesto la diferencia y permitiendo conocer la medida real, como se vio al principio del capítulo: MEDIDA REAL DE LA PIEZA = PATRÓN ± DIFERENCIA Para efectuar el tarado se lleva el cuadrante a cero, después de haber colocado el patrón bajo el palpador (figuras 37 y 38). 2—26 Figura 38 Figura 39 Cualquier pieza se considerará buena cuando la posición de la aguja se encuentra entre los índices que previamente se colocaron según la tolerancia de la misma. En los casos de tolerancias, el tarado se efectuará sobre dos patrones, uno que corresponde al valor máximo de la tolerancia y otro al mínimo. En estos dos puntos es donde se colocarán los índices que indicarán los valores límites. Midiendo con un comparador se obtienen resultados muy exactos, puesto que, prácticamente, quedan eliminados los errores debidos a las imperfecciones de otros aparatos. 2—27 LUBRICACIÓN Lubricación 1. Deslizamiento 2. Tipos de lubricantes 3. Propiedades de los lubricantes 4. Funciones de un lubricante 5. Grasas lubricantes 6. Lubricación de cojinetes 7. Lubricación de engranajes 3—3 Lubricación 1 Deslizamiento Los deslizamientos de sólidos y líquidos pueden combinarse así: • Líquido-líquido. • Sólido-sólido. • Sólido-líquido. En todo desplazamiento se engendran resistencias por rozamiento que se oponen al movimiento. Las de menor valor son las engendradas por la primera combinación (LÍQUIDO-LÍQUIDO) y las de valor más elevado las de SÓLIDO-SÓLIDO, siendo un punto intermedio lo últimamente considerado (SÓLIDO-LÍQUIDO). En las máquinas, mecanismos, motores, etc, la casi totalidad de los casos pertenecen a la fricción SÓLIDO-SÓLIDO, siendo la finalidad de la lubricación la de transformar estas fricciones en líquido-líquido con la consiguiente disminución del rozamiento interponiendo una capa liquida grasa (LUBRICANTE) intermedia entre las superficies de deslizamiento, sustituyéndose de este modo el rozamiento externo de los dos cuerpos por el interno del lubricante (figura 1), evitándose también la corrosión y el desgaste al no existir contacto metal-metal, principal causa productora del mismo. La lubricación participa en el equilibrio térmico de las máquinas, ya que disminuyendo el rozamiento, la elevación térmica es mucho más reducida. Figura 1 3—4 Deslizamiento en seco Aun las superficies que parecen muy tersas y pulidas, cuando se miran a través de un microscopio se nota que están formadas por pequeñísimos picos y grietas que interfieren entre sí cuando se deslizan una sobre otra, ofreciendo una gran resistencia al movimiento y ocasionando un considerable desgaste. Deslizamiento con lubricante Pero si las superficies están separadas por una película de aceite los picos o crestas no se tocan entre sí y se evitan, en gran parte, la fricción y el desgaste. Sin embargo, siempre existe cierta fricción ocasionada por la resistencia del mismo fluido a ser cortado y que llamamos fricción fluida. Rodamiento Cuando una esfera rueda sobre una superficie, tanto la esfera como la superficie se deforman y ofrecen una superficie de contacto sumamente reducida pero tanto mayor cuanto así lo sea la carga que actúe sobre la esfera, por lo que la resistencia al movimiento, o sea el rozamiento, se ve afectado y así bajo ciertas condiciones, si no existe lubricación ocurrirá un desgaste apreciable. ¿Cómo se pueden reducir la fricción y el desgaste?: 1. ALISANDO 0 PULIENDO LAS SUPERFICIES: se puede apreciar fácilmente que si frotamos dos bloques de madera ásperos primeramente y bastante lisos después, la diferencia en la fuerza necesaria para mover uno y otro juego de bloques será sumamente notoria, o sea, que la textura de las superficies en contacto influye para reducir la fricción y el desgaste. 3—5 Figura 2 2. SUSTITUYENDO EL DESLIZAMIENTO POR EL RODAMIENTO: cuando un cuerpo tiene forma cilíndrica resulta mucho más fácil hacerlo rodar que arrastrarlo. Seguramente todos hemos visto cómo se utilizan rodillos de metal para mover maquinaria pesada. Mas no siempre es posible valerse de este artificio en todos los mecanismos. Figura 3 3—6 3. MEDIANTE UN LUBRICANTE: como ya vimos antes, se puede también reducir la fricción y el desgaste evitando la fricción seca al sustituirla por la fricción fluida, como en el caso de mover una lancha empujándola sobre la arena y después sobre el agua; por consiguiente se deduce que la mejor forma de reducir la fricción es mediante el suministro de una película lubricante entre las dos superficies que pretendan deslizarse una respecto de la otra. 3—7 Lubricación 2 Tipos de lubricantes El lubricante es una sustancia sólida, semisólida o líquida de origen animal, vegetal, mineral o sintética que puede utilizarse para producir la fricción o rozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento, facilitando éste y reduciendo el desgaste de las superficies. Existen diferentes tipos, siendo tres los más comúnmente empleados: • Aceites • Grasas. • Sólidos (lubricantes secos). Aceites Los ACEITES son los lubricantes líquidos más utilizados. Por su origen y/o naturaleza se pueden dividir en aceites minerales y aceites sintéticos. Los aceites lubricantes minerales proceden en su mayoría de la destilación de petróleos brutos o CRUDOS, así se les denomina por ser extraídos de las profundidades de la tierra, aunque también se consigue aceite mineral por la destilación seca de lignitos y exquisitos. Los lubricantes minerales se pueden presentar en estado sólido, como el molibdeno, el grafito, el talco, las vaselinas, las ceras minerales y un sin fin de metales (sobre todo alcalinos) que, convertidos en jabón y espesados con aceite, forman las grasas consistentes o en estado líquido como los aceites y valvulinas lubricantes normales. 3—8 Los aceites sintéticos son sustancias puras obtenidas por reacción química de otras sustancias naturales o sintéticas, por vía de síntesis. Como tales sustancias puras serán homogéneas con propiedades físicas perfectamente definidas. Las principales diferencias con los aceites minerales son, pues, debidas a su diferente origen y naturaleza, destacando a modo de ejemplo su comportamiento a temperaturas elevadas. Así, mientras los aceites minerales se descomponen a partir de 150° C aproximadamente, los aceites sintéticos se mantienen estables, sin descomposición hasta los 250°C en cuyo momento se evaporan sin dejar residuos. Grasas Las grasas son fluidos lubricantes de naturaleza semisólida, consistentes y formadas por un fluido base mezclado con un agente espesante. El fluido base es aceite y es el componente principal. El espesante es básicamente un soporte para el aceite para hacerlo lo suficientemente espeso y que se mantenga más tiempo en ciertas aplicaciones. Lubricantes sólidos Los lubricantes sólidos son sustancias sólidas que se adhieren a las superficies metálicas, formando una película de bajo coeficiente de fricción y que nos asegura una buena lubricación y protección contra el desgaste en condiciones límite. Se utilizan como REFORZANTE de los lubricantes fluidos, para asegurar una LUBRICACIÓN DE EMERGENCIA en caso de rotura de la película lubricante. Los más conocidos son el grafito, bisulfuro de molibdeno, PTFE, etc. 3—9 Lubricación 3 Propiedades de los lubricantes Habiendo como hay una extensa gama de aceites lubricantes tan distintos entre sí, se comprenderá fácilmente que para unas misiones uno o unos tipos son adecuados, mientras que todos los restantes son inadmisibles. Para poder determinar cuál o cuáles de ellos deben utilizarse para que en un determinado caso cumplan satisfactoriamente la misión o misiones encomendadas, es imprescindible conocer las características y propiedades de cada uno, las cuales proceden principalmente de su composición y del proceso de elaboración que han sufrido. Estas características y propiedades vienen determinadas por unas constantes, siendo las principales: a) Viscosidad. b) Índice de viscosidad. c) Sellado (untuosidad y absorción). d) Densidad. e) Punto de fluidez y de congelación. f) Punto de inflamación. g) Punto de combustión. h) Volatilidad. i) Coloración. j) Acidez. k) Porcentaje en cenizas. l) Porcentaje en carbón. 3—10 Viscosidad La viscosidad es la característica más importante a tener en cuenta para la elección del aceite lubricante, puesto que los juicios sobre la bondad del aceite se basan primordialmente en ella. Con el nombre de viscosidad se designa la consistencia o frotamiento interno de un liquido. Cualquier líquido (en nuestro caso, aceite lubricante) está compuesto por multitud de moléculas entrelazadas y unidas entre si que oponen una resistencia al desplazamiento de las piezas dotadas de movimiento y en contacto con el líquido. Cuanto mayor sea la viscosidad, la resistencia es más elevada y soporta presiones más considerables. La viscosidad depende fundamentalmente de la naturaleza o base del lubricante (nafténica, parafínicos, mixta, etc.), de la temperatura y de la presión. La temperatura y la presión influyen de tal modo en la viscosidad de un aceite lubricante que puede afirmarse que la totalidad de ellos se fluidifican ante un ataque térmico y se espesan o solidifican ante un aumento de la presión o un descenso de la temperatura. La variación de la viscosidad ante un mismo ataque térmico depende de la base del crudo del que se ha partido para la extracción del aceite, así como del proceso de destilación y refino que se ha seguido con el mismo. La utilización de este aceite quedará determinada entre unos límites máximo y mínimo de la temperatura. Los crudos que menos varían con la temperatura son los parafínicos y los que más acusan estos cambios los nafténicos. Estos últimos, mediante refinados con solventes, se asemejan mucho a los parafínicos, pero no llegan a igualarlos. Puede considerarse la viscosidad atendiendo únicamente al movimiento o bien a las fuerzas que lo producen, designándose entonces con los nombre de VISCOSIDAD ABSOLUTA CINEMÁTICA Y DE VISCOSIDAD ABSOLUTA DINÁMICA. En la práctica los medidores de la viscosidad que utilizan los laboratorios de la industria del petróleo, son los viscosímetros cinemáticos, en los cuales se provoca el escurri3—11 miento del fluido a través de un tubo capilar o de un orificio calibrado donde la fuerza que se aprovecha para provocar el descenso del líquido depende de su densidad. Aquí la unidad en el sistema CGS es el stoke, pero al ser muy grande se emplea un submúltiplo o centiestoke (Cst). Se obtiene dividiendo la viscosidad absoluta por la densidad. Se representa por y (gamma). Los viscosímetros más empleados para medir la viscosidad cinemática son el Saybolt en EE.UU., el Redwood en Inglaterra, y el Engler en Europa continental. Las características de los ensayos son: Índice de viscosidad (I.V.) La viscosidad de un aceite lubricante está en relación inversa con la temperatura, disminuyendo rápidamente al aumentar ésta. Empleando para la medida de la viscosidad cualquiera de las unidades anteriormente señaladas, tendríamos que conocer las viscosidades de ese mismo aceite a una serie de temperaturas distintas, y representar sobre un par de ejes o coordenadas la gráfica determinada por aquéllas para, mediante el examen de esta curva, conocer el comportamiento del aceite en función de la temperatura. Para valorar la relación que existe entre la viscosidad y la temperatura para distintos aceites, se ha establecido un sistema arbitrario de comparación, que se designa índice de viscosidad, y que fue establecido por Dean y Davis en 1929. A los aceites parafínicos de Pensylvania, cuya viscosidad varía poco con la temperatura, se les asignó un índice de 3—12 100; y a los nafténicos de la costa del golfo de Méjico, cuya viscosidad variaba mucho con la temperatura, el índice 0. El método consiste en comparar el aceite problema con los aceites de referencia de la misma viscosidad a 210° F. Los índices elevados de viscosidad (superiores a 85) tienen notable influencia, sobre todo en lubricaciones en departamentos estancos, como, por ejemplo, en la lubricación del cárter de motores de explosión y de combustión interna, permitiendo un arranque más fácil, en especial a bajas temperaturas ambientales. De todo lo expuesto se deduce que, cuando las temperaturas a que puede estar sujeto un lubricante durante su servicio oscilen en amplios márgenes, el aceite debe poseer un elevado índice de viscosidad. La siguiente relación puede servir de guía para el establecimiento del índice de viscosidad de un aceite, según la procedencia de la base: • Aceites de crudos nafténicos: superior 50. • Aceites de crudos nafténicos refinados con solventes: 90. • Aceites de crudos parafínicos: de 70 a 100. Untuosidad Se entiende por untuosidad la adherencia del aceite a las superficies metálicas a lubricar, debida, en gran medida, a las moléculas polares que contiene el aceite, las cuales por razón de su estructura se fijan fuertemente a dichas superficies. Da la coincidencia de que aquellos componentes de la composición química y configuración molecular adecuada para dar gran untuosidad a un lubricante, en la inmensa mayoría de los casos, son a la vez de bajísima resistencia a la oxidación, por lo que se elimina durante el proceso de refino industrial. Por ser la untuosidad de un lubricante una propiedad siempre de interés, de cara al desgaste y rendimiento y el refino una exigencia ineludible, se hace indispensable 3—13 volverle a dar al aceite lubricante refinado el poder de untuosidad perdido e incluso, si es preciso, aumentarle el que poseía antes del refino. Esto se logra mediante la adición de compuestos escogidos que influyan favorablemente en dicha característica, sin perjudicar a ninguna de las otras que el lubricante debe reunir. La untuosidad es una propiedad de acción física, la cual, aunque siempre es de interés, tiene su máximo exponente en la lubricación de motores de vehículos y de cojinetes sometidos a frecuentes paros. En el caso de un motor y según opinión unánime de técnicos e ingenieros, más de un 62% de los desgastes producidos se originan durante el arranque. Las principales causas de que esto ocurra son las siguientes: a) Cuando en tiempo frío se intenta poner en marcha, pequeñas gotas de combustible crudo se deslizan por las paredes del cilindro arrastrando la reducida cantidad de aceite que hay en ellas y pasando al cárter, con las graves consecuencias que ello reporta, tanto en la masa de aceite como en las paredes, las cuales los han lavado, con lo que las primeras siguientes carreras se efectúan sin lubricación. b) Al pararse el motor tras un rudo trabajo, el aceite caliente fluidificado tiende a escurrir hasta el carácter, quedando muy poco o nada en las paredes del cilindro y sobre todo en las partes altas, siendo siempre insuficiente para que, en la próxima puesta en marcha, durante el lapso de tiempo transcurrido hasta que la bomba suministre aceite con la abundancia y presión necesarias, proteja los órganos vitales del motor. Estos dos defectos que acabamos de señalar y que son causas de tantas reparaciones, si bien no pueden anularse por completo, disminuyen con el empleo de aceites de gran untuosidad. En lo que respecta al caso a), estos aceites efectúan un buen sellado y hermetismo y ofrecen una gran resistencia a ser desplazados, impidiendo en gran parte el paso del aceite al cárter y el lavado de las paredes, causa de los perjuicios posteriores. En cuanto al caso b), si el aceite posee buena oleaginosidad quedará adherido a los poros de las superficies, evitando el contacto metal-metal durante el período de tiempo inicial. 3—14 Cuando se trata de cojinetes sometidos a frecuentes paros, debe considerarse que, si bien un árbol que gira en su cojinete trabaja normalmente en régimen de lubricación hidrodinámica, durante el arranque hay un brevísimo período de tiempo en el cual el eje se apoya en el cojinete. En tales condiciones, la película lubricante debe ofrecer una gran resistencia a ser rechazada por la gran presión a la que es sometida, misión que es encomendada en gran parte a las moléculas de elevada polaridad (valor untuoso). La untuosidad es, juntamente con la viscosidad, la propiedad que más directamente expresa el valor lubricante de un aceite mineral. Densidad Densidad es la relación existente entre el peso de un volumen determinado de una sustancia y el del agua destilada a 4° C. La densidad así definida coincide en valor numérico con el peso específico. En los aceites lubricantes, esta relación es inferior a la unidad (0,855 a 0,934) lo cual nos indica que son menos pesados que el agua, razón por la que flotan en ella. La densidad de los aceites se da a la temperatura de 15,6° C y en casos excepcionales a 20° C. Para determinar la densidad sin recurrir al pesado, cosa muchas veces muy engorrosa, se utilizan los densímetros (figura 19). Estos instrumentos no son más que unos tubos graduados y lastrados en su parte inferior, con perdigones o mercurio. Colocados en el líquido, penetran más o menos según su densidad y es el nivel superior del mismo el que sobre la escala graduada del aparato indica directamente la densidad. 3—15 Diferenciación entre lubricantes En la actualidad se fabrican cientos de aceites y grasas para la lubricación de máquinas industriales. Todos estos productos son diferentes, puesto que cada uno tiene una aplicación determinada. Una de las características que diferencian a unos lubricantes de otros es la VISCOSIDAD. Aunque se hablará más extensamente sobre esta característica, podemos decir que la viscosidad es la mayor o menor resistencia que ofrece un aceite a fluir. Los lubricantes de poca viscosidad fluyen rápidamente; por el contrario, los lubricantes de elevada viscosidad fluyen lentamente. Normas básicas para la selección de la viscosidad PARA USE Alta velocidad Aceite ligero Baja velocidad Aceite pesado Carga ligera Aceite ligero Cargas pesadas Aceite pesado PARA USE Bajas temperaturas Aceite ligero Altas temperaturas Aceite pesado Resulta lógico ver que cuando existen cargas pesadas que tienden a juntar dos superficies en movimiento, una mayor viscosidad del lubricante soportará mejor la acción de exprimido que esa carga ejerce. Por el contrario, si se trata de un cojinete muy pequeño con una carga muy pequeña (por ejemplo el eje de un reloj), será indispensable un aceite muy ligero para permitir el libre movimiento de las partes. 3—16 También la temperatura influye mucho modificando la viscosidad. Todo lubricante al ser calentado sufre un adelgazamiento o disminución de viscosidad; el enfriamiento obviamente produce el efecto contrario. De acuerdo con esto, al seleccionar un lubricante, deberá tenerse en cuenta la temperatura ambiente o la de operación del lugar en que se va a trabajar y así, si el ambiente es caliente (por ejemplo, un extractor de gases de un horno), se deberá emplear un aceite muy viscoso, aunque la velocidad sea alta y la carga ligera, pues la temperatura se encargará de dar al aceite la fluidez necesaria. Inversamente, en el caso de una parte que va a trabajar en fríos excesivos, deberá lubricarse con aceites de muy baja viscosidad aunque la velocidad sea relativamente baja y la carga algo pesada, pues la temperatura se encargará de aumentar la viscosidad del lubricante y hacerlo capaz de soportar las otras condiciones de trabajo. 3—17 Lubricación 4 Funciones de un lubricante Generalidades Cuando un cuerpo sólido se desliza sobre otro se produce una resistencia al movimiento denominada rozamiento. Este rozamiento debe reducirse o eliminarse, ya que derivan de él dos efectos nos deseables: a) el trabajo que se debe aplicar para vencerlo (en el motor de un automóvil, el 20% de su potencia se pierde en vencer rozamientos); b) el desgaste de los mecanismos de la máquina con la consiguiente reducción de su vida útil. Si cubrimos con una capa de aceite las superficies en contacto, se produce una situación muy distinta. Podemos considerar la película de aceite sobre la que descansa la superficie deslizante como constituida por un gran número de capas como escamas, muy finas. La capa de aceite en contacto con la superficie en movimiento se mueve con ella, y la capa en contacto con la superficie fija no se mueve; las capas de aceite intermedias se moverán a velocidades intermedias, de modo que cada capa se deslizará sucesivamente sobre su capa adyacente. Ahora la resistencia al movimiento será únicamente la que ofrecen unas capas de aceite al deslizarse sobre otras, resistencia muy inferior a la del caso de deslizamiento en seco y que depende únicamente de la viscosidad del aceite. La lubricación puede ser sólida o fluida. El lubricante sólido puede actuar de dos maneras; una, adhiriéndose a las superficies, rellenando valles y crestas para suministrar una superficie regular; otra, reaccionando químicamente con las superficies metálicas produciendo un recubrimiento; entre los lubricantes sólidos tenemos el grafito, mica, talco, esteatita, sulfuro de molibdeno, etc. 3—18 En la lubricación fluida el aceite se adhiere a las superficies metálicas y se constituye en capas paralelas que se deslizan unas sobre otras. Si la película de aceite es delgada, puede darse el caso de que las crestas de las superficies de los cojinetes rocen unas con otras, dando lugar a un aumento considerable de frotamiento y desprendimiento de calor; entre los lubricantes líquidos tenemos como más importantes los aceites de petróleo de origen mineral. Hay aceites de origen animal (sebo, lanolina), de origen vegetal (aceites de algodón, de ricino, de palma) y aceites sintéticos como la silicona. Otro tipo de lubricante fluido son las grasas, compuestos semisólidos a temperatura ambiente y que están compuestas por un aceite mineral y un jabón. Su composición oscila entre el 65 y el 90% de aceite mineral y el 35 y 10% de jabón. Servicios que efectúan los lubricantes A los lubricantes se les puede exigir muy diversas funciones; normalmente un lubricante cumple un mínimo de dos de entre las que se señalan a continuación: • Control de rozamiento. • Control de desgaste. • Control de temperatura. • Control de la corrosión. • Aislamiento eléctrico. • Transmisión de potencia. Amortiguación. • Eliminación de contaminantes. • Formación de sello o cierres. 3—19 se realiza, como ya se ha indicado, interponiendo una película del lubricante entre las dos superficies en contacto, evitándose rozamiento por efecto de la película del aceite, que será más o menos gruesa según la viscosidad del mismo; si la viscosidad es demasiado baja la capa de aceite puede ser peligrosamente fina; si la viscosidad es demasiado alta aumentará el rozamiento o fricción. CONTROL DE ROZAMIENTO: en los mecanismos de movimiento se puede producir el desgaste por tres causas, que son: abrasión, corrosión y contacto metal-metal. El desgaste abrasivo lo producen partículas sólidas que llegan a interponerse entre las superficies lubricadas rozándolas o arañándolas; la acción de lavado del lubricante elimina dichas partículas que quedan detenidas en los filtros. El desgaste corrosivo es el causado por los productos de descomposición del propio lubricante y los productos ácidos de la combustión en el caso de los motores de combustión interna. Esta descomposición se evita o retarda utilizando lubricantes bien refinados y con aditivos especiales que contrarrestan la acción de los productos ácidos que se forman. CONTROL DEL DESGASTE: El desgaste ocasionado por el contacto metal-metal se produce cuando se rompe la película lubricante. Esto puede producirse cuando la viscosidad es baja, la velocidad pequeña o la carga muy alta; también puede suceder si la superficie rozante es muy rugosa o por falta de lubricante. Este tipo de desgaste trae serias consecuencias y puede solucionarse utilizando un lubricante de viscosidad adecuada; en casos de muy altas cargas se emplean lubricantes con aditivos de EXTREMA PRESIÓN. Se suelen definir tres diferentes regímenes de lubricación: lubricación total, lubricación parcial y lubricación límite (figura 4). Figura 4 3—20 En la lubricación total, las superficies an suficientemente separadas por la película de aceite y el rozamiento queda limitado al producido por el deslizamiento de las capas de lubricante. En la lubricación parcial aparecen contactos metálicos por un espesor insuficiente de la película de lubricante. Si se llega a la lubricación límite, en algunas zonas la película estará interrumpida; pero en estos casos puede conseguirse un servicio con poco desgaste si se utilizan aditivos que originen reacciones químicas entre éstos y las superficies metálicas, formándose productos con capacidad lubricante que se adhieren a las superficies a lubricar. CONTROL DE LA TEMPERATURA: los lubricantes absorben y eliminan el calor que se genera por efecto del rozamiento y el que pueda llegar al mecanismo por cualquier contacto (vapor, gases de combustión, a través de las piezas que constituyen la maquinaria, etc.). El lubricante, por consiguiente, reduce la temperatura de dos formas, evitando rozamientos que siempre generan calor y transfiriendo el calor al exterior, en ocasiones por medio de un circuito de refrigeración. CONTROL DE LA CORROSIÓN: el lubricante cumple también la función de proteger las superficies metálicas de la acción corrosiva de la humedad y de sustancias químicas presentes en muchos procesos de fabricación; en protección debe actuar no sólo cuando la máquina está en marcha, sino también cuando está parada. Se suelen agregar compuestos antiherrumbre a los lubricantes para mejorar su comportamiento en este aspecto. en algunos casos, como en los aceites para transformadores e interruptores, el lubricante actúa como aislante eléctrico, debido a sus buenas propiedades dieléctricas, para lo cual es preciso que esté totalmente exento de humedad y de partículas extrañas. AISLAMIENTO ELÉCTRICO: TRANSMISIÓN DE POTENCIA: gran parte de la moderna maquinaria utiliza lubricantes como fluidos hidráulicos para la transmisión de fuerza, siendo los más usados los aceites del petróleo. En un sistema hidráulico el aceite además de transmitir potencia, lubrica y protege las partes metálicas de la corrosión. AMORTIGUACIÓN: esta función la cumplen los aceites que se utilizan en los amortiguadores hidráulicos. 3—21 ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES: en muchos sistemas, el aceite debe eliminar los cuerpos extraños cuya existencia es nociva (por ejemplo, en motores de combustión interna, en algunos tipos de engranajes y cojinetes); dichas partículas quedan retenidas en los filtros o centrifugadores de que está provisto el sistema de lubricación. FORMACIÓN DE SELLO O CIERRES: esta función es la que realizan las grasas en los cojinetes, impidiendo la entrada de contaminantes exteriores; y los aceites, que en los motores de combustión interna colaboran en la acción de cierre de los segmentos del pistón, impidiendo el acceso de los gases de combustión al cárter. Almacenamiento y manipulación Para evitar la confusión de tipos, contaminaciones, exposición a temperaturas extremas, derrames, etc., los lubricantes se deberán conservar en almacenes bien ventilados, que reúnan condiciones de seguridad. Se debe cuidar el estado de limpieza, adoptando el uso de bandejas colectores de derrames o evitando la acumulación de trapos y algodones impregnados en aceites. Si es forzoso almacenar bidones a la intemperie, éstos se mantendrán tumbados. Los recipientes se conservarán bien tapados y debidamente identificados, mediante rótulos o colores. Conviene guardar las bombas de engrase, boquillas, embudo, latas, etc, en armarios metálicos. Según los casos, es interesante disponer de carretillas para el transporte de latas, pistolas de engrase y elementos que es necesario desplazar hasta la máquina a engrasar. Hay que ir consumiendo, en primer lugar, los lubricantes que más tiempo lleven almacenados. 3—22 Normas de engrase En las unidades de proceso debe colocarse en sitio visible una tabla con los distintos tipos de aceites y grasas a utilizar en las distintas máquinas o elementos de las mismas. Cuando la aplicación es periódica se indicará la frecuencia del engrase. Deberá utilizarse una libreta en donde se anotan las fechas y/o turnos en que se efectúan los engrases y los cambios de aceite usado por nuevo. Estos datos deben registrarse no solamente para comprobar si se realiza el programa de lubricación, sino también para estudiar y resolver las causas de una posible anomalía. Normalmente cada operario tendrá asignada la lubricación específica de un grupo de máquinas, siendo responsable de la reposición de niveles y cambios de aceite señalados, así como de efectuar las anotaciones que correspondan en la libreta de lubricación. 3—23 Lubricación 5 Grasas lubricantes Definición Una grasa lubricante es una mezcla sólida o semisólida de un lubricante líquido y de un agente espesante. Con el fin de proporcionar algunas propiedades especiales se le pueden incorporar multitud de tipos de aditivos. El componente líquido puede ser un aceite mineral o un fluido sintético (ésteres, éteres, siliconas, polímeros fluorados, etc.). El espesante puede ser un jabón o jabones metálicos o una sustancia no jabonosa, tal como la arcilla, bentonita, talco, etc. Los jabones corrientemente utilizados son los de calcio, sodio, litio, aluminio, bario y plomo o combinaciones de los mismos, tales como calcio-plomo, litio-calcio, aluminio-calcio, etc. Independientemente de los ingredientes de una grasa, las propiedades del producto terminado están muy influenciadas por el proceso de fabricación, así como por la pureza y calidad de los materiales utilizados. Clasificación Las grasas pueden clasificarse atendiendo al tipo de fluido empleado, al jabón, o a la aplicación típica, aunque últimamente cada vez más se intenta conseguir grasas multifuncionales con muy amplias posibilidades de utilización. 3—24 A continuación se establece una clasificación de las grasas, atendiendo al tipo de jabón empleado en su fabricación: Ventajas e inconvenientes de las grasas Los requerimientos básicos de las grasas están perfectamente definidos por el Report SAE J 310a que plasmamos literalmente a continuación: «Las grasas se emplean la mayor parte de las veces en lugar de los fluidos cuando lo que se pide al lubricante es mantener su posición original en un mecanismo, especialmente cuando las oportunidades de relubricación frecuen3—25 temente pueden estar muy limitadas o injustificadas desde el punto de vista económico. Este requerimiento puede estar causado por la configuración física del mecanismo, el tipo de movimiento, el tipo de sellado o por la necesidad por parte del lubricante de contribuir total o parcialmente a la prevención de pérdidas del lubricante o entrada de contaminantes. A causa de su naturaleza esencialmente sólida, las grasas no pueden satisfacer los requerimientos de refrigeración y limpieza asociados al empleo de un lubricante fluido. Con estas excepciones citadas se supone que las grasas pueden satisfacer las mismas funciones que los lubricantes fluidos». Siempre se espera de una grasa adecuada para una determinada aplicación que: • Proporcione adecuada lubricación para reducir la fricción y prevenga el desgaste peligroso de los componentes del cojinete. • Proteja contra la corrosión. • Actúe como un sello para prevenir la entrada de suciedad y agua. Resista el escape y el goteo de las superficies lubricadas. • Resista los cambios objecionables en su estructura o consistencia producidos por el trabajo mecánico (en el interior del cojinete) durante un prolongado tiempo de servicio. • No se endurezca excesivamente hasta ocasionar importantes resistencias al movimiento en tiempo frío. • Tenga características físicas adecuadas al método de aplicación. • Sea compatible con elastómeros y otros materiales empleados en la fabricación del mecanismo a lubricar. • Tolere algún grado de contaminación sin pérdida significativa de sus características. 3—26 Empleo de las grasas El uso de una grasa es determinado principalmente en aquellos casos que por exigencias del trabajo no pueden emplearse lubricantes líquidos, ya sea porque se desprendan de las partes a lubricar o por centrifugación o por ausencia de receptáculos apropiados, o bien si además de lubricar es preciso formar un sello o hermetismo para evitar en las partes delicadas del mecanismo la entrada de polvo, contaminaciones, partículas abrasivas, humedad o agua. Esta última condición es sumamente interesante en aquellas máquinas o mecanismos que deben trabajar en ambientes polvorientos, húmedos o en contacto con agua. Uno de los empleos clásicos de las grasas es la lubricación de rodamientos montados fuera de departamentos estancos, lo que es frecuentísimo. En estos casos, el lubricante debe permanecer en las zonas de trabajo sin más receptáculo que lo aguante que las pequeñas concavidades formadas por la jaula y los caminos de rodadura. Nunca es interesante ni recomendable poner un exceso de cantidad de grasa en rodamientos, ya que el sobrante será despedido por centrifugación u originará un aumento de la temperatura por el trabajo absorbido al dificultar el movimiento. G= D·B 200 En esta fórmula, G es la cantidad de grasa en gramos, D el diámetro exterior del rodamiento y B la anchura en milímetros del rodamiento. La fórmula no es exacta y, naturalmente, varia con el estado del rodamiento, el tipo de grasa utilizado y el trabajo a realizar. Las grandes empresas dedicadas a la construcción de rodamientos, percatadas también de la notable influencia que para el buen funcionamiento de sus fabricados, así como para su duración tenía el producto con el que habían de ser lubricados, han dictado normas sobre las grasas a emplear e incluso las han fabricado, poniéndoles las mismas marcas que a sus rodamientos. 3—27 Lubricación 6 Lubricación de cojinetes Para escoger el lubricante correcto para un cojinete, se necesita tomar en consideración los factores siguientes: • Diámetro del cojinete. • Velocidad del eje. • Presión en el cojinete. • Temperatura del cojinete durante el funcionamiento y las condiciones para la formación de película de aceite, tales como el espacio de juego del cojinete y el sistema de alimentación del aceite. Otro factor influyente es la presencia o ausencia de impurezas tales como el agua, polvo, etc. Tamaño del cojinete Cuanto mayor es, más grande es la superficie sobre la cual debe estar esparcida la película de aceite, necesitando, por lo tanto, más atención a la distribución del mismo. Velocidad de los ejes Se divide en pequeña, 50 r.p.m.; media desde 50 a 500 r.p.m. y alta > 500 r.p.m. 3—28 Las altas velocidades producen una fuerza impulsiva considerable para llevar el aceite a la zona de mayor presión y mantienen la película de aceite, que sirve para soportar la carga. Las pequeñas velocidades no desarrollan la presión necesaria en la película de aceite, a menos que sea escogido un aceite de cuerpo y adherencia suficiente. Para velocidades iguales, a mayor diámetro es más alta la velocidad periférica y por lo tanto mayor es la tendencia a formar una película de aceite. Presión en el cojinete Las presiones en los cojinetes en la práctica pueden ser moderadas o excesivas. Los cojinetes bien proyectados para la carga existente serán designados como sujetos a presiones moderadas. Las presiones excesivas son el resultado de un proyecto defectuoso o de una carga excesiva. Temperatura del cojinete El problema de la formación de la película en los cojinetes, tal como es influido por la temperatura de funcionamiento puede ser dividido en cuatro clases: baja, moderada, alta y excesiva. La temperatura influye sobre el cuerpo del aceite y por lo tanto hay que tener mucho cuidado para determinar el aceite apropiado a las temperaturas de funcionamiento. A temperaturas más bajas o más altas hay que escoger el aceite más fluido o más espeso. Además de esto debe tenerse en cuenta la baja temperatura que puede causar la congelación del aceite. bajas del cojinete hacen necesaria la selección de un aceite de cuerpo adecuado que mantenga LAS TEMPERATURAS 3—29 su fluidez a la temperatura deseada. Las temperaturas bajas son, generalmente, el resultado de condiciones climatológicas o de refrigeración. LAS TEMPERATURAS moderadas de los cojinetes más corrientes en la práctica son hasta 50° C, poco más o menos (temperatura que puede ser soportada por la mano), y no implican los problemas especiales de la clasificación de temperaturas más bajas o más altas. LAS ALTAS temperaturas resultan del calor friccional en el co- jinete, de una radiación defectuosa, del calor de altas temperaturas ambiente o del calor circulando a lo largo del eje (calor inducido). Las temperaturas en los cojinetes a 500° C requieren pronta atención si son el resultado del calor friccional y de insuficiente radiación, puesto que la reducción del cuerpo del aceite puede causar la falta de la película de aceite, aumentando el rozamiento y, por lo tanto, produciendo mayor calor friccional que puede destruir el cojinete. Cuando una alta temperatura es originada por el calor inducido, tal como la proximidad del vapor u otra fuente de calor, no hay ninguna dificultad en mantener la lubricación si se escoge un aceite apropiado suficientemente espeso. LAS TEMPERATURAS excesivas, es decir, superiores a 82° C requieren generalmente consideraciones especiales en las características del aceite para evitar la vaporación y carbonización. El carácter del aceite debe ser tal que asegure consistencia a la película de aceite a altas temperaturas. Cuando tales temperaturas resultan del calor del ambiente, la lubricación es siempre posible si la velocidad es bastante alta para que la cuña de aceite tenga bastante eficacia para formar la película. Las temperaturas excesivas con alta presión y pequeña velocidad requieren, algunas veces, el empleo de una grasa apropiada. Condiciones para la formación de la película Bajo el término de condiciones para la formación de la película, podemos incluir algunos factores influyentes como la forma del espacio de juego en el cojinete, como todos los chaflanes o ranuras que puedan existir, y el sistema de ali3—30 mentación del aceite al cojinete. La combinación de estos factores determinará si la formación de la película de aceite tendrá lugar con la ayuda de una cuña de aceite efectiva y bien alimentada, o si la película debe ser formada a pesar de una cuña de aceite ineficaz y de un suministro irregular de aceite y por lo tanto deficiente. Donde las condiciones para la formación de la película son malas y la pérdida por fricción no se toma en consideración, la gran adherencia de los aceites muy espesos puede ser aprovechada. Causas de los problemas en los cojinetes Se ha demostrado que una película completa de aceite es lo más esencial para la lubricación correcta. La lubricación incorrecta que origina molestias es por lo tanto debida a condiciones que intervienen en la formación y mantenimiento de una película de aceite eficaz. Las causas de las dificultades pueden clasificarse bajo los seis títulos siguientes: • Estructura incorrecta del cojinete influida por materiales, mano de obra, ajuste y desgaste. • Presiones excesivas, resultado de una mala alineación, fuerte tirantez de la correa o sobrecarga de la máquina. • Temperaturas extremas, resultado de las condiciones ambientales calientes o frías, o del calor friccional o de radiación deficiente. • Contaminación del lubricante, antes o durante el uso en el cojinete. Métodos incorrectos de lubricación. Lubricantes inadecuados en las condiciones de funcionamiento. Lubricantes inadecuados Las condiciones mecánicas y de funcionamiento y el lubricante empleado deben corresponder el uno con el otro, para conseguir una lubricación correcta. 3—31 El uso de un aceite demasiado fluido o demasiado espeso para las condiciones mecánicas y de funcionamiento existentes es una de las causas más comunes de dificultades en los cojinetes que pueden ser atribuidas al lubricante. Para pequeñas velocidades, fuertes presiones y condiciones poco favorables a la formación de la película se necesitan aceites de cuerpo espeso, puesto que un aceite fluido sería expulsado de la zona de presión y no llegaría a mantener una película completa de aceite. Altas velocidades, presiones ligeras, buenas condiciones de formación de película, aconsejan aceites más fluidos. El uso de un aceite demasiado espeso originaría una fricción molecular excesiva y recalentamiento del cojinete. Una calidad de aceite no adecuada al servicio es también frecuentemente una causa de dificultad. El descuido de no emplear los tipos especiales en un sistema por circulación o salpicado causaría la destrucción de la película lubricante y concluiría con la falta completa de la lubricación. En casos donde existen condiciones especiales de temperaturas altas o bajas, el aceite escogido debe poseer las cualidades específicas requeridas para el servicio. El uso de un aceite mineral puro para la lubricación de cojinetes mojados, puede dar lugar a la falta de la película lubricante, porque el aceite mineral no se adhiere a una superficie húmeda. Se deben usar por este motivo aceites apropiadamente compuestos. Los aceites compuestos espesos son a menudo ventajosos en cojinetes sujetos a cargas excesivas, por sus grandes propiedades adhesivas. El uso de la grasa en cojinetes sujetos a altas velocidades y cargas moderadas conduce, frecuentemente, a una fricción excesiva en la película y altas temperaturas del cojinete. El efecto que se produce viene a ser el mismo que cuando se emplea un aceite demasiado espeso. Cuidado de cojinetes calientes El cuidado de los cojinetes calientes y forma de operar mientras se toman las medidas para quitar la verdadera causa de los mismos. Esto son medidas de emergencia y no se deben contar para un servicio continuo. 3—32 Cuando un cojinete pequeño se calienta no es difícil enfriarlo, porque la cantidad de calor en éste es pequeña; por lo regular, una mayor alimentación de aceite es todo lo que necesita para que vuelva a su estado normal. Cuando un cojinete de gran tamaño se calienta es mayor la cantidad de calor a dispersar. El espacio de juego relativamente pequeño de un cojinete grande tiende a hacerle más expuesto a las averías debidas al recalentamiento. La primera cosa que se debe hacer es aumentar el juego del cojinete aflojando los metales. Si el cojinete no se ha agarrotado pero está excesivamente caliente, es por lo regular suficiente alimentar una cantidad de valvolina (la cual tiene buenas propiedades a altas temperaturas) hasta que el cojinete se enfríe; entonces es cuando se puede volver a reanudar la lubricación normal. Si un cojinete ha empezado a agarrotarse, un poco de grafito o azufre mezclado con valvolina da buenos resultados. Algunas veces se emplea aceite de ricino o de colza para enfriar los cojinetes. El empleo de valvolina u otros lubricantes debe evitarse en un sistema por circulación. Cuando se emplea este sistema y ocurre el recalentamiento de un cojinete, es necesario parar la máquina y abrir el cojinete para buscar y quitar la causa, que puede ser alguna materia extraña en el cojinete o la interrupción de la circulación de aceite por obstrucción. En los grandes sistemas de circulación se coloca generalmente un refrigerador para el aceite por medio del cual la temperatura del aceite es reducida antes de que vuelva a los cojinetes. En este caso un cojinete que tienda a calentarse puede ser enfriado, aumentando la circulación del aceite por este cojinete. El aceite circulando en mayor cantidad viene entonces a ser medio lubrificante y refrigerante. Cojinetes lisos en general La selección de un lubricante para cojinetes se define primordialmente por dos factores: por su viscosidad y por su calidad. Esta última en función del sistema de lubricación y servicio. 3—33 Factores que influyen en la selección de la viscosidad. Diámetro del cojinete. • Velocidad del eje. • Temperatura del cojinete en servicio. • Presión en el cojinete. POR EL DIÁMETRO. Cuanto mayor es, más grande es la superficie sobre la cual debe estar esparcida la película de aceite, necesitando normalmente mayor viscosidad a más diámetro. Se pueden clasificar en pequeña <50 r.p.m.; media de 50 a 500 r.p.m. y alta >500. LAS VELOCIDADES. Las altas velocidades producen una cuña mayor de aceite que la hace actuar en la zona de mayor presión soportando perfectamente la carga. Las pequeñas velocidades no desarrollan la presión necesaria en la cuña de aceite, por lo que se requerirá uno de mayor cuerpo o adherencia. de funcionamiento podemos dividirlas en bajas, moderadas, altas y excesivas. LAS TEMPERATURAS Bajas. Son generalmente el resultado de condiciones climatológicas o de refrigeración. Aquí hay que seleccionar un aceite que mantenga su fluidez a la temperatura deseada. Moderadas. Lo más corriente en la práctica es hasta 50° C (poco más o menos la temperatura que puede soportar la mano); no implica ningún problema especial. Altas. Estas se pueden producir por tres causas: • Por calor friccional, o sea, la producida por la fricción propia del cojinete. • Por radiación del calor ambiente, por su situación o emplazamiento. Por el calor inducido, o sea, cuando se transmite a través del eje. • Cuando la temperatura sobrepasa los 50° C, que es la marcada como moderada, debido a su calor friccional requiere inmediata atención, ya que esta temperatura puede reducir la película de aceite y aumentar más el rozamiento y producir más calor friccional que puede destruir el cojinete. (Comprobar la viscosidad del aceite utiliza3—34 do). Si por el contrario el aumento de la temperatura es producido bien por el calor de radiación o inducido, no hay dificultad en mantener el cojinete en servicio pero seleccionando el aceite de la viscosidad apropiada. • Excesivas. Puede considerarse excesiva cuando sobrepasa los 80° C. Cuando estas temperaturas resultan del calor ambiente, la lubricación es posible si la velocidad es bastante alta, con el fin de que la cuña de aceite sea suficientemente eficaz para mantener una buena película de lubricante. Por el contrario, si la velocidad fuera pequeña requeriría normalmente el empleo de una grasa apropiada. LAS PRESIONES. Estas en la práctica pueden ser moderadas o excesivas. Los cojinetes bien proyectados para las cargas existentes pueden designarse como moderadas. Las presiones excesivas son el resultado de un proyecto defectuoso o de una carga excesiva fuera de los límites del diseño. Una vez expuestos los factores que intervienen para la selección de la viscosidad apropiada en la lubricación de cojinetes, los resumiremos indicándoles que la viscosidad que debe utilizarse en cualquier equipo o máquina de cierta importancia viene especificada por el fabricante de la misma, la cual la ha tenido que manejar de antemano para el diseño del mismo, juntamente con las cargas, para calcular su diámetro y el grado de ajuste o apriete del cojinete. En aquellos casos que sean cojinetes de poca importancia o desconozcamos las recomendaciones del fabricante, existen tablas preparadas por los distintos fabricantes de aceites donde, en función de la temperatura, su diámetro y sus revoluciones indican las viscosidades que deben utilizarse. En cuanto a la calidad del aceite que debe elegirse, o sea, minerales puros o aceites inhibidos contra oxidación, herrumbre, etc., depende del sistema de engrase del cojinete si es centralizado o a presión, o es por el contrario engrase manual, también hay que tener en cuenta su servicio o localización si está expuesta a contaminaciones de agua, polvo, etc. 3—35 Lubricación 7 Lubricación de engranajes Todos sabemos que cualquiera de los tipos de engranajes, sin una correcta lubricación, prestarían servicio durante un corto período de tiempo, dando lugar a un elevado costo de mantenimiento. Una lubricación efectiva sólo se puede mantener cuando existe aceite suficiente en el punto de contacto entre engranajes, y ello siempre y cuando la presión entre los dientes no sea demasiado elevada para las propiedades del aceite que se está utilizando. Las presiones que se ejercen y la acción del diente tienden, por tanto, a romper la película de aceite y LIMPIAR su superficie dejándola en seco, a menos que se utilice el lubricante adecuado para cada caso. La linea que va a través del centro de la película de aceite es la llamada LÍNEA DE CONTACTO entre los dos dientes (figura 5). Precisamente, a lo largo de esta línea es donde la película de aceite se hace más delgada. La línea de contacto siempre se desplaza de la raíz hacia la cabeza para el diente motriz y de la cabeza hacia la raíz para el diente conducido. Este movimiento es el que contribuye a formar la cuña de aceite y, por tanto, 1 película apropiada que impida el contacto metal-metal entre los dientes de los engranajes. A lo largo de lo dicho hasta ahora, habremos podido damos cuenta de que la lubricación fluida de engranajes tiene mucho en común con la lubricación de cojinetes. En la lubricación de un cojinete el movimiento giratorio del eje lleva aceite a un huelgo decreciente en la parte inferior del cojinete. La velocidad de giro del eje y la viscosidad del aceite son dos de los factores importantes que determinan la cantidad de aceite que será arrastrada bajo el eje o será expulsada por los extremos del cojinete. De tal forma que si el aceite penetra bajo el eje, éste se verá levantado y flotará sobre la película fluida. 3—36 Figura 5. Engranajes rectos, helicoidales, bihelicoidales, cónicos, cónico-helicoidales Desde el punto de vista de la formación de la película, la rotación del eje en su cojinete se puede comparar con la acción de deslizamiento entre las superficies de los dientes engranando. Sin embargo, hay que considerar otros factores adicionales. Por ejemplo, durante la acción de deslizamiento entre los dientes de los engranajes, ambas superficies están en movimiento. Todo esto es parecido a lo que ocurriría si el cojinete que soporta el eje giratorio también girara en la misma dirección pero a una velocidad diferente, aunque, además, en los engranajes existe el factor de rodamiento que se debe tener en cuanta en todo momento. No hay, por tanto, inversión en la dirección de la cuña de aceite y durante todo el período del contacto las condiciones son favorables para la formación de una correcta película de aceite, no obstante, para que se pueda formar una película fluida es imprescindible que se les suministre a los dientes una cantidad adecuada de aceite antes de que empiecen a trabajar dentro del arco de contacto. 3—37 Factores que influyen en la lubricación de los engranajes Como ya hemos dicho, para evitar el contacto metal-metal entre los dientes al engranar, se requiere una película gruesa de aceite lubricante. Las características propias del aceite empleado ejercen un marcado efecto en el establecimiento y la conservación de la película. Por tanto, al seleccionar un aceite para lubricar engranajes cerrados, se deben tener en cuenta una serie de factores de diseño y operaciones propias para cada caso, tales como: • Tipo de engranajes. • Velocidad del piñón. • Relación de transmisión. • Temperatura de funcionamiento. • Potencia transmitida. Tipo de engranajes Con los engranajes rectos, helicoidales, doble helicoidales y cónicos, la línea de contacto entre dientes engranando se desplaza rápidamente sin que tenga lugar deslizamiento lateral sobre la superficie total de trabajo de cada diente, por tanto, el contacto en cualquier punto específico dura solamente unos instantes. La presión en este punto se aplica y se releva tan rápidamente que, comparativamente, hay poco tiempo para desplazar la película fluida de aceite. Es más, la dirección de desplazamiento en relación con la línea de contacto tiende a formar una película fluida. Sin embargo, si se requiere la formación de una película efectiva de aceite, es importante que éste tenga la viscosidad adecuada, ya que un aceite poco viscoso seria desplazado del área de contacto por la presión, dando lugar a un fuerte desgaste del engranaje y si, por el contrario, el aceite fuera demasiado viscoso ocurriría una innecesaria fricción fluida, mayores temperaturas de operación y mayor tendencia a la oxidación del aceite. Con los engranajes de tornillo sin fin (figura 6) hay que asociar, usualmente, unidades de presión más elevadas en la 3—38 línea de contacto y mayor fricción. Estos factores, en consecuencia, fijan que para estos engranajes deban usarse lubricantes más viscosos que para los otros tipos. Los engranajes hipoides se encuentran, bajo el punto de vista de la lubricación, en una posición intermedia entre los dos tipos arriba citados. Sin embargo, hay que tener en cuenta que en este tipo de engranajes el contacto sería del tipo acero-acero y que las superficies son tratadas térmicamente porque las potencias a transmitir son, generalmente, altas. Bajo estas condiciones está claro que la lubricación se realizará en régimen mixto o límite y, por tanto, será preciso emplear lubricantes con características de extrema presión (EP) y antidesgaste. Figura 6. Engranajes de tornillo sin fin hipoides Velocidad del piñón Sea cual fuere el tipo de los engranajes, a una velocidad alta del piñón o del tornillo sin fin, corresponderán, gradualmente, viscosidades del aceite relativamente más fluidas. Relación de transmisión Cuando la relación de transmisión es superior a 1011 se usan, generalmente, reductores de etapas múltiples, en donde el piñón de la primera reducción trabaja a la velocidad más alta, precisando un aceite de baja viscosidad. Sin embargo, las parejas de las etapas sucesivas trabajan a velocidades más bajas y, por tanto, requerirán viscosidades progresivamente más elevadas. El problema se soluciona de acuerdo con los criterios siguientes: • Tomar la viscosidad del aceite sobre la base del piñón de la última etapa o pareja de engranajes. 3—39 • Usar un aceite que, a la temperatura de salida de los refrigerantes, tenga una viscosidad correcta para los engranajes más lentos y arreglar la distribución del aceite de forma que llegue primero a estos engranajes, para ir a lubricar posteriormente las parejas de mayor velocidad, después de haberse calentado y haber disminuido su viscosidad. • Dividir la caja de engranajes en varios compartimentos independientes y poner en cada uno de ellos el aceite con la viscosidad adecuada a la velocidad de los engranajes que se encuentren en cada compartimento. Temperatura de funcionamiento La temperatura de funcionamiento depende de la temperatura ambiente y de la pérdida total de energía por rozamiento en el engranaje. Está claro que la viscosidad óptima del aceite a emplear debe, siempre, referirse a la temperatura efectiva de trabajo. Hay que tener en cuenta que uno de los factores más importantes para establecer la periodicidad de control y cambio de la carga de aceite es, precisamente, la temperatura de funcionamiento, acortándose estos períodos a medida que las temperaturas sean más altas. Potencia transmitida A mayor potencia transmitida corresponderán valores más altos de la carga y mayores presiones sobre los dientes. Sabemos que cuando la presión entre dos superficies es alta, existe la tendencia a que el lubricante sea comprimido y expulsado, rompiéndose la película de aceite. Por tanto, para un engranaje bajo carga elevada, se debe usar un aceite de más viscosidad que el que usaríamos para el mismo engranaje trabajando con una carga baja. 3—40 Sistemas de aplicación del lubricante Para realizar la lubricación correcta de los engranajes funcionando en caja cerrada es imprescindible que un caudal suficiente de aceite lubricante llegue con continuidad a los cojinetes y a los dientes de contacto. Esto se puede conseguir mediante sistemas de lubricación a baño (salpique) o por circulación (inyección). A baño Este es el sistema más conveniente usado para reductores de potencia y tamaño relativamente pequeños, aunque se pueda encontrar también para reductores de potencia y tamaño bastante grandes pero sólo cuando funcionen a velocidad baja. En este sistema la caja del reductor se rellena parcialmente de aceite, en el cual una o más ruedas están parcialmente sumergidas. Durante el movimiento, los dientes de la rueda arrastran y salpican el aceite sobre las demás ruedas y los cojinetes. El enfriamiento se consigue simplemente por irradiación de las paredes externas de las cajas que, en algunos casos, llevan aletas. Se encuentran también ventiladores montados sobre el eje de entrada (más veloz) y serpentines a circulación de agua fría sumergidos en el baño de aceite. La lubricación por salpique es, generalmente, lo suficientemente efectiva cuando la velocidad periférica (medida sobre las circunferencias primitivas) de las ruedas no supera los 15 m/s, teniendo, sin embargo, en cuenta que este valor puede resultar excesivo para reductores de sin fin cuando éste se encuentra por encima de la rueda helicoidal. La lubricación por salpique se puede aplicar en el caso de velocidades periféricas mayores (entre los 15 y los 25 m/s) pero sólo si se prevé un adecuado sistema de enfriamiento y defectores y/o canales que enderecen el aceite a los cojinetes y a las zonas de contacto de los dientes. Con este sistema de lubricación, que tiene la ventaja de una realización sencilla, es imprescindible el estudio preventivo y el control en servicio del nivel de aceite. Un nivel demasiado bajo puede dar lugar a insuficiente lubricación y des3—41 gaste de dientes y cojinetes. Un nivel demasiado alto, por el contrario, produce excesiva agitación, consumo de energía y generación de calor: el resultado puede ser un aumento de la temperatura del aceite y, en consecuencia, su rápida oxidación y, además, una disminución de la viscosidad por debajo del valor mínimo necesario para asegurar la protección de los conjuntos cinemáticos. Además, no se debe olvidar que un nivel de aceite demasiado bajo o demasiado alto puede contribuir a la formación de espuma; la espuma no sólo acelera la oxidación del aceite, sino también (lo que es aún más peligroso) reduce la capacidad de soportar la carga de la película de aceite, que pierde su continuidad. A circulación forzada Cuando las velocidades periféricas superan los valores antes citados, el caudal de aceite que circula por salpique no es suficiente para asegurar el enfriamiento de las superficies en contacto. Es preciso, en tal caso, prever una circulación rápida y abundante. El sistema más sencillo consiste en montar una bomba que empuje el aceite del fondo de la caja del reductor hasta la parte superior de éste. Así, el aceite fluye libremente de arriba hacia abajo, lubricando y enfriando engranajes y cojinetes. Cuando las velocidades periféricas se acercan al valor de 35 m/s, se puede usar un sistema mixto en donde los engranajes son lubricados por circulación forzada y los cojinetes por salpique, pero asegurándoles un buen flujo de aceite por medio de deflectores adecuados. Con velocidades mayores de 35 m/s la lubricación por circulación forzada de las ruedas, así como de los cojinetes, es imprescindible. La circulación forzada se puede realizar bien sea utilizando la parte baja de la caja del reductor como depósito de aceite, así como mediante un depósito de aceite independiente. Este segundo sistema (sistema central) puede aplicarse para una sola caja reductora o puede suministrar aceite a un número de ellas (como en el caso de los trenes de laminación). En cualquier caso, hay que prever medios adecuados para purificar el aceite (filtros en serie y/o paralelo, depuradores, etcétera), para enfriarlo (refrigerantes) y también, en algunos casos, para calentarlo durante el arranque. 3—42 Los sistemas centrales contienen grandes cantidades de aceite, el caudal de las bombas de circulación es, generalmente, una fracción (1120 + 1150) de la capacidad del depósito, así que al aceite le queda bastante tiempo para que las impurezas se separen, la espuma se elimine y la temperatura baje. Está claro que para conseguir estos resultados, es preciso que el depósito se diseñe cuidadosamente, con tabiques para evitar la turbulencia y crear adecuadas zonas de calma y con respiraderos o incluso extractores para facilitar la eliminación de espuma. Normas para el cambio de un aceite de engranaje El método ideal para lubrificar un engranaje sería el de poner la cantidad y calidad de aceite lubrificante para engranajes que fueran más adecuados dentro del cárter y no volver a renovar el aceite durante toda la vida del mecanismo. Los fabricantes de automóviles tienen esta idea en la imaginación y se aproximan a esta solución en la lubricación de los engranajes al recomendar el uso prolongado de estos aceites sin período de drenaje. Los fabricantes de otros equipos tienen la misma idea en la mente y esta tendencia no cabe duda de que irá en aumento. Algunos fabricantes de vehículos extranjeros ya indican en su libro de mantenimiento: «El lubricante va encerrado en la caja de cambio, operación que se efectúa en fábrica y ha de durar cinco años». Naturalmente, cualquier regla que se dé con relación a la vida del lubrificante de engranajes, deberá modificarse de acuerdo con las condiciones de funcionamiento, ambiente, etc. Por tanto, desde un punto de vista de servicio y de economía, los aceites usados deben sacarse de las cajas de cambio (o engranajes) y reemplazarse por lubrificantes nuevos cuando el aceite se ha estropeado o contaminado, o a intervalos preestablecidos. 3—43 AGMA, que está interesado en asegurar un largo e ininterrumpido servicio de los engranajes, recomienda lo siguiente: «El aceite, en una maquinaria nueva, debe cambiarse al final de un funcionamiento de dos semanas, lavando perfectamente el cárter con aceite ligero de lavado. Después de esto, se recomienda un cambio de aceite cada 2.500 horas de funcionamiento o cada seis meses (lo que antes se cumpla) en aquellas maquinarias que funcionen en condiciones favorables. Cuando las condiciones son severas, tales como con rápidas subidas o bajadas de la temperatura de la caja de engranajes, con el consiguiente exudado de las paredes interiores produciendo la formación de Iodos, o cuando la operación en atmósferas húmedas o polvorientas, o en presencia de vapores químicos, puede ser preciso cambiar el aceite a intervalos de uno a tres meses». Nuestra experiencia, debida a los innumerables análisis efectuados en la gama de aceites REPSOL TAURO en servicio, viene demostrando en la mayoría de los casos que pueden utilizarse como mínimo entre 8-9.000 horas o 1 año de servicio en el reductor de pequeña capacidad y sobrepasando las 14-15.000 horas en grandes reductores, donde la contaminación por partículas exteriores sea mínima y su control se verifique periódicamente. Recientemente, hemos lanzado el nuevo lubricante REPSOL SUPER TAURO, el cual posee unas características y exigencias en EP más severas que los TAUROS normales. Los engranajes suelen estar tratados por el fabricante antes de suministrarlos con preventivos contra la oxidación. Estos materiales pueden tener efectos adversos contra el lubrificante de los engranajes, y por lo tanto, deben suprimirse antes de poner el aceite. Los disolventes de petróleo son los mejores para estos menesteres, ayudando al mismo tiempo a suprimir contaminantes, tales como limaduras de metal. Inmediatamente después de haber suprimido esos disolventes, se deben humedecer los engranajes con aceite de lavado de baja viscosidad; de lo contrario, las superficies metálicas se podrían oxidar en unos minutos. Tampoco se deben poner en funcionamiento los engranajes, ni siquiera por corto tiempo, cuando éstos están secos. 3—44 ENGRASE CENTRALIZADO Engrase centralizado 1. Objetivo de la lubricación 2. Descripción de un sistema de engrase 3. Equipo manual 4. Tipos de bombas manuales y su funcionamiento 5. Puesta en servicio de un equipo manual 6. Dosificadores para línea doble 7. Sistemas de línea doble manual 8. Averías, causas y reparaciones 9. Reparación de averías, en sistemas de línea simple 4—3 Engrase centralizado 1 Objetivo de la lubricación En nuestra civilización, la lubricación adquiere cada día un papel más importante. Basta recordar que todos los mecanismos en movimiento están sujetos a frotamiento y en definitiva a desgaste, si no se toman las medidas oportunas para evitarlo. Otro factor de coste importante, es la pérdida de energía por frotamiento, que se calcula en un tercio a la mitad del total producido en el mundo. La denominación tradicional de los tipos de lubricación, y su resumida descripción, nos puede ayudar a recordar cómo se producen estos efectos no deseables. Lubricación hidrodinámica Se verifica cuando las superficies que soportan la carga están separadas por una película de lubricante suficientemente gruesa que impida el contacto metal con metal. El suministro de lubricante debe realizarse en la dosificación y periodicidad necesaria, en forma que evite la rotura de la citada película. 4—4 La presión de la película, creada por la propia superficie móvil, a una velocidad suficientemente alta, crea una presión necesaria y en forma de cuña, para separar las superficies que soportan la carga. Figura 1. Lubricación hidrodinámica o de película gruesa, fluida completa o perfecta Lubricación límite Se produce cuando la película del lubricante resulta tan fina, que la carga rompe la misma y permite el contacto metal con metal, como consecuencia de una superficie de trabajo insuficiente, caída de velocidad, o disminución de la cantidad de lubricante. 4—5 Muchos mecanismos lubricados hidrodinámicamente funcionan con lubricación límite cuando se pone en marcha la máquina, porque no hay suficiente lubricante o la velocidad es pequeña para obtener la película gruesa. Incluso los mecanismos engrasados manualmente y con todo esmero, pueden llegar a trabajar con la película imperfecta. LUBRICACIÓN LÍMITE, DE PELÍCULA DELGADA IMPERFECTA O PARCIAL Figura 2. Lubricación límite, de película delgada imperfecta o parcial Lubricación hidrostática Se obtiene introduciendo lubricante, que puede ser aire o agua, a presión suficiente para elevar y separar las superficies de trabajo. El objetivo deberá ser pues, evitar la lubricación límite, al ahorro sustancial en la mano de obra, reposición de materiales y economía de lubricante por medio de ENGRASE CENTRALIZADO que responda a la seguridad requerida, para conseguir la LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA. 4—6 Lubricación centralizada En los últimos tiempos se ha ido manifestando una específica exigencia de montaje de lubricación centralizada en el sector de la industria siderometalúrgica. Tal campo es particularmente sensible a la necesidad de asegurar un funcionamiento regular de la maquinaria, evitando paradas e intervalos, cuyos perjuicios son fáciles de intuir. El mejoramiento cualificativo del personal así como el control continuo para el mantenimiento, han determinado notables dificultades para hallar personal apto para la realización de la lubricación manual. Como ejemplo podemos remitirnos a la observación de la figura 3 representativa del engrase centralizado de una turbina de una central eléctrica. Figura 3 4—7 Se ve al instante, tanto desde el punto de vista humano como desde el punto de vista ambiental, que la lubricación ejecutada con medios tradicionales o manuales resulta muy difícil y complicada. El mantenimiento preventivo del cual se conoce su indudable validez, está íntimamente relacionado con la organización del servicio de lubricación apto para garantizar el funcionamiento, seguridad y constancia del trabajo. Los sistemas empleados para asegurar un buen engrase están en continua evolución, especialmente en lo referente a automatismos y control al objeto de hacer totalmente autónomo el montaje y asegurar su eficacia. Los sistemas de engrase centralizado pueden instalarse en máquinas ya en servicio o aplicarse ventajosamente a equipos nuevos. Se efectúa un estudio, haciendo una lista de los cojinetes, tamaños de los mismos, velocidades, número de entradas por cojinete y grado de movimiento de cada uno y estableciendo una correlación entre estos datos y un croquis o plano que contenga las dimensiones totales del equipo. Para seleccionar el tamaño de las válvulas existen gráficos basados en experiencias de los fabricantes de los equipos, dando por sentado que para las aplicaciones en maquinaria general las tolerancias para cojinetes son del orden de H7/g6 o G7/n6, que la rapidez de escape de la grasa de los cojinetes es proporcional a la velocidad de giro del mismo, que el cojinete jamás puede funcionar satisfactoriamente sin lubricante y que la cantidad mayor que debe suministrar la válvula será menor que el volumen de espacio libre del cojinete. Partiendo de experiencias de muchos años y de los cálculos matemáticos que resultan de hipótesis anteriores, se hacen diagramas para renovar cantidades de lubricante aproximadamente iguales a la mitad del volumen de espacio libre del cojinete, en cojinetes con velocidades que alcancen de 200 a 300 rpm. Para velocidades mayores se indican válvulas de mayor capacidad. 4—8 Engrase centralizado 2 Descripción de un sistema de engrase Básicamente un sistema de engrase centralizado consta de tres elementos: un depósito para el lubricante (aceite o grasa), un cuerpo bombante y válvulas dosificadoras, con lo cual todo el esfuerzo mecánico necesario para el ciclo de lubricación es hecho por un único elemento bombante (figura 4). Figura 4 Desde la bomba de lubricación va una tubería general hasta cerca de los puntos a engrasar y en dicha tubería o en sus ramificaciones se colocan distribuidores, que están conectados con los puntos de engrase por tuberías que envían en cada ciclo una cantidad de lubricante dosificado. Cada ciclo de engrase está compuesto de un intervalo de presión y un intervalo de descarga. Existen dos sistemas de engrase centralizado: LÍNEA SIMPLE O ÚNICA Y LÍNEA DOBLE. 4—9 Descripción de un sistema de engrase 2.1 Línea simple La ventaja de este sistema es su menor costo de instalación al presentar solamente una línea, pero tiene inconvenientes al trabajar los alimentadores con resortes, siendo los cierres de goma y bola. Figura 5 Otro inconveniente importante se presenta en líneas largas, ya que la descompresión no se logra rápido a no ser que se utilicen grasas muy blandas y el ciclo de engrase se repita en un lapso importante de tiempo. En la figura 5 se pueden observar todos los elementos que intervienen en un sistema de línea única accionado manualmente y con dispositivo al final de la línea para comprobar la reducción de la presión. 4—10 Si el sistema es por presostato una lámpara de control o alarma indicará cuando la presión está suficientemente reducida para efectuar nuevamente la relubricación. En la figura 5 se representa esquemáticamente un equipo de línea única o simple con equipo bombante manual, pero también es frecuente la utilización de una bomba accionada por motor eléctrico y reloj temporizador o presostato para funcionamiento por tiempo o por pérdida de presión en el circuito. 4—11 Descripción de un sistema de engrase 2.2 Línea doble Los sistemas de lubricación centralizada de línea doble proveen un método mecánico positivo de distribución de aceite o grasa bajo presión, a un grupo de cojinetes desde una posición central, en cantidades medidas con exactitud; esto, tan frecuentemente como se desee. Cada sistema incluye una unidad de bombeo central, situada en sitio seguro y de fácil acceso; dos líneas principales de abastecimiento; válvulas de medición de la línea y líneas de descarga que conectan las válvulas a los cojinetes. Las unidades centrales de bombeo pueden ser operadas a mano y eléctrica o neumáticamente, dependiendo del tipo de aplicación y la frecuencia necesaria de lubricación. Este sistema, por sus características y sencillez, es el utilizado normalmente en instalaciones siderúrgicas. 4—12 Los elementos básicos que componen este sistema son: • Bomba. • Inversor. • Distribuidores (válvulas de medición). • Aparatos de mando y control. • Racores y tuberías para acoplamientos. Figura 6 Desde la bomba de engrase van dos tuberías generales hasta cerca de los puntos a engrasar. En la tubería general o sus ramificaciones se encuentran distribuidores, que están conectados con los puntos de engrase por tuberías que envían en cada proceso de engrase una cantidad de lubricante dosificada. El ciclo de trabajo está compuesto de dos intervalos de engrase, en cada uno de los cuales se suministra lubricante a la mitad de los puntos. A continuación hay una pausa de engrase. 4—13 Las ventajas del sistema de línea doble sobre otros sistemas de lubricación centralizada son las siguientes: • Su funcionamiento es totalmente hidráulico, carece de muelles, que con el trabajo podrían adquirir fatiga. • Control visual exterior de funcionamiento, punto a punto, mediante la varilla indicadora, lo que permite revisiones periódicas sin ser preciso el desmontar para averiguar si su funcionamiento es correcto. • Regulación de capacidad de inyección, punto a punto, independientemente, según las necesidades del lubricante de cada rodamiento. • El número de puntos de cada instalación puede ser ilimitado. • Puede, en caso de ser preciso con la misma bomba, ampliarse o reducirse una instalación ya efectuada, ya que solamente consiste en acoplarle o sacarle los dosificadores que falten o sobren. • Pueden bombearse indistintamente aceites minerales o grasas. • Evita la contaminación del lubricante. • Ahorra lubricante. 4—14 Equipos de engrase con línea doble 3 Equipo manual El sistema manual de Engrase Centralizado LÍNEA DOBLE consiste en un compresor que sirve de depósito al lubricante utilizado y, simultáneamente, de bomba que impulsa este lubricante a través de una de las dos líneas principales de suministro, mientras la otra línea queda libre de presión; y una serie de válvulas de alimentación, ajustables y autoindicadoras, que están colocadas a lo largo de las líneas principales, y se accionan mediante presión diferencial de dichas líneas para descargar una cantidad medida y ajustada de lubricante en los cojinetes a ellas conectados. Este sistema permite situar las válvulas de alimentación (o bloques formados por varias válvulas) sobre la máquina, en puntos próximos a los cojinetes que hay que engrasar; y al realizarse la conexión entre el compresor y las válvulas por medio de las dos tuberías o líneas principales, es posible colocar el compresor en el lugar más conveniente para su manejo. 4—15 Así resulta que el accionamiento periódico del compresor se traduce en una descarga, desde cada válvula a su cojinete conectado, de una cantidad dosificada y fácilmente ajustable de lubricante bajo presión. De este modo, el engrase de todos los cojinetes se efectúa en un corto espacio de tiempo, sin riesgo de lubricación defectuosa o excesiva, y sin el peligro que para el engrasador suele presentar la lubricación individual de cada cojinete. Bomba Válvula de inversión Tuberías principales Válvulas distribuidoras salida simple Líneas de descarga Válvulas distribuidoras salida doble Figura 7. Equipo manual Este sistema de engrase centralizado consigue, pues, una economía en la mano de obra y en la cantidad de lubricante consumida. Pero quizás su mayor importancia, además de reducir el riesgo de accidentes, resida en el hecho de que impide la negligencia en el engrase de algún cojinete aislado o inaccesible, y de que, por engrase adecuado y uniforme de todos los cojinetes, reduce el consumo de energía de la máquina y hace mínimo su desgaste, logrando así considerables ahorros en los costos de mantenimiento. 4—16 Equipos de engrase con línea doble 3.1 Equipo automático Son los sistemas de mayor envergadura; como los demás sistemas automáticos se componen de un reloj, contactor y bomba accionada por motor eléctrico. En este caso las salidas de la bomba van a una red de doble línea principal, la cual, no tiene retorno, con lo cual la instalación de la red de tuberías es similar a la de una instalación manual, si bien en estos casos las tuberías son de mayores dimensiones. Figura 8. Equipo automático 4—17 Bombas manuales 4 Tipos de bombas manuales y su funcionamiento En general y al márgen de marcas comerciales, podemos clasificar las bombas manuales en dos grandes grupos: uno para presiones máximas de hasta 150 bar y otro para presiones de hasta 400 bar. Uno y otro grupo pueden suministrarse con inversor de línea manual o automático. Figura 9 4—18 Bombas FARVAL Un ejemplo de esquema y funcionamiento de una bomba manual se puede observar en la figura 10. Se trata de una bomba de la firma FARVAL. Figura 10 Este compresor se pone en funcionamiento moviendo la manivela en un recorrido alternativo de aproximadamente 40 grados, lo que origina el movimiento interno de un segmento de engranaje E que engrana con una cremallera integrada en el pistón D de la bomba. Esta acción hace que el pistón se mueva hacia la derecha o la izquierda igual que la manivela con la limitación en el extremo del recorrido de los tapones C. 4—19 Engrase centralizado 5 Puesta en servicio de un equipo manual 1. Llenado del depósito. 2. Puesta en servicio. 3. Trabajos de entretenimiento en bombas manuales. 4. Eliminación de averías en equipos de bomba manual. Llenado del depósito Para el primer llenado del depósito, CONSIDERANDO GRASA COMO LUBRICANTE, se debe quitar la tapa y sacar el émbolo seguidor. Después se debe llenar el depósito por medio de un dispositivo de rellenado adecuado a través de una válvula de rellenado hasta que el lubricante alcance el rebosadero del depósito. Una vez hecho esto, se coloca el émbolo sobre la superficie de la grasa y se cierra el depósito con la tapa. El depósito puede ser llenado, llegado el caso, también sin utilización de ningún dispositivo de rellenado, con lo que, una vez quitada la tapa y sacado el seguidor se introducirá la grasa en el depósito hasta aproximadamente el rebosadero, sin embargo, se deberá prestar la máxima atención a que no se originen inclusiones de aire. Para facilitar la purga de aire, se puede llenar primeramente con aceite el cuerpo de bomba, siempre que los puntos a lubricar lo admitan, hasta el borde inferior del depósito. Una vez realizado esto, se coloca el émbolo seguidor en el depósito y se pone la tapa. 4—20 El rellenado del depósito durante el servicio se debe realizar adecuadamente, es decir, antes de que la muesca del indicador de contenido esté junto a la tapa, ya que en caso contrario existe el peligro de que penetre aire en las tuberías de alimentación. Para el rellenado se conectará el dispositivo empleado a la válvula de rellenado que lleva la bomba y se accionará, como ya se ha indicado, hasta que el lubricante salga por los dos rebosaderos o hasta las marcas que tenga para ese fin cada una de las distintas bombas. Caso de instalaciones que se utilicen para aceite, la bomba no lleva el émbolo seguidor, por lo que el llenado y rellenado se realiza únicamente quitando la tapa. Sólo debe ser utilizado en la instalación lubricante limpio. Los ensuciamientos se deben evitar meticulosamente, ya que los cuerpos extraños y suciedad producen la mayoría de las averías. Puesta en servicio Después de llenado el depósito se deberá aflojar el tornillo de purga y accionar la palanca manualmente hasta que por dicho tornillo salga el lubricante uniformemente y sin inclusiones de aire. Una vez esto, se aprieta el tornillo de purga fuertemente, soltándose los racores de la válvula inversora y se acciona la palanca de la bomba hasta que el lubricante salga por uno de los citados racores sin aire. Después de esto se cambia a la salida correspondiente a la otra línea de alimentación y se acciona de nuevo la palanca hasta que asimismo por el otro racor de salida salga lubricante sin aire y una vez realizadas estas operaciones se conectarán las dos tuberías de alimentación que han quedado purgadas a los racores de la bomba. Si la bomba es de inversión automática el procedimiento es el mismo con la diferencia de que una vez que sale el lubricante sin aire, se debe taponar esa salida para crear presión y que se produzca la inversión. Después se deberán soltar las conexiones de las líneas de alimentación a los distribuidores o puntos de engrase hasta que por cada una de ellas salga lubricante sin aire, volviéndose, una vez esto, a conectar. Cuando todas las co4—21 nexiones de una de las tuberías de alimentación han quedado perfectamente conectadas, se invierte el ciclo a la otra tubería de alimentación, repitiéndose el mismo proceso. La instalación queda de esta forma puesta a punto para su funcionamiento, suponiendo que las tuberías de los distribuidores a los puntos a lubricar han sido previamente llenadas de lubricante (grasa). En caso de no haberse realizado esto, se deberá accionar la bomba tantas veces como sea necesario para que el lubricante salga por todos los puntos. Trabajos de entretenimiento en bombas manuales Según el grado de suciedad y por lo menos una vez cada seis meses se debe limpiar el filtro, el cual puede ser sacado después de soltar el tornillo de purga. La válvula de retención, situada detrás del tornillo de purga, se debe periódicamente lavar y soplar antes de colocarla de nuevo. Asimismo, la bomba de lubricación debe ser limpiada escrupulosamente aproximadamente una vez al año con gasolina o aceite especial y después de soplarla debe ser colocada de nuevo rellenada de lubricante. 4—22 Puesta en servicio de un equipo manual 5.1 Eliminación de averías en equipos de bomba manual Cuando al oscilar la palanca no se aprecia resistencia al accionamiento, la instalación no recibe presión. Causa • No hay lubricante en el depósito. • Existen fugas en el sistema de tuberías principales. • Existen inclusiones de aire en la bomba. • La válvula de retención de la bomba es permeable. Solución • Rellenar de lubricante. • Localizar las fugas y corregirlas. • Purgar la bomba tal como se ha descrito anteriormente. • Desmontar la válvula y limpiarla. 4—23 Prácticamente estas son las principales averías en equipos manuales fáciles de detectar. Si hay algún problema después de los alimentadores, es decir, si no llega grasa a los puntos de engrase por roturas o aplastamientos de tuberías entre el alimentador y el punto, no se detecta la avería a menos que exista un detector en esos puntos. Equipos de engrase con línea doble En los sistemas de engrase automáticos, la operación se realiza sin necesidad de ningún trabajo manual, es decir, los puntos se engrasan automáticamente con una cantidad prefijada en cada salida. El funcionamiento básico de éstos sistemas es el siguiente: Un reloj eléctrico pone en marcha el motor de la bomba, cada vez que los puntos necesitan ser engrasados; ésta frecuencia se fija previamente en un equipo de maniobra eléctrica. Una vez en marcha la bomba, suministra lubricante a presión por una de las líneas; cuando todas las válvulas han funcionado, la presión del lubricante actúa sobre el extremo más alejado de las líneas principales y mediante un mecanismo apropiado realiza la inversión, repitiéndose el ciclo a continuación en la otra línea. Dependiendo del fabricante de los equipos hay varios sistemas para realizar la inversión de líneas, con actuaciones eléctricas o hidráulicas que se analizarán en otro capítulo. Generalmente se utilizan dos tipos de sistemas de engrase automático: tipo fin de línea y tipo lazo. 4—24 El sistema tipo fin de línea es el más utilizado y su representación es la de la figura 11, la misma utilizada para la explicación de un equipo automático, figura 6. También hay diferencias entre equipos de diferentes fabricantes sobre todo en lo relativo a válvulas inversoras y situación de presostatos fin de línea que se analizará más adelante. Figura 11 Con estos equipos se pueden engrasar más de 1.000 puntos de fricción. En los sistemas de lazo, el lubricante a presión sale de la bomba y una vez que ha recorrido todas las válvulas vuelve a ella, donde la presión desarrollada actúa sobre la válvula de inversión, desplazando un pistón, el cual lleva una varilla exterior que actúa sobre un interruptor eléctrico que para el sistema a la vez que cambia la salida a la otra línea. 4—25 Engrase centralizado 6 Dosificadores para línea doble Los dosificadores para línea doble son completamente hidráulicos en operación; entregan grasa o aceite y son total e individualmente regulables en lo que se refiere a la cantidad descargada. Están equipados con indicadores (figura 12). Figura 12 Cada válvula proporciona servicio a dos cojinetes; sin embargo, por un simple método de entrada cruzada, podrá dar servicio a uno solamente. Por lo tanto, un bloque de cuatro válvulas, por ejemplo, puede realmente servir entre uno y ocho cojinetes; aunque lo normal en la utilización del bloque del ejemplo sería utilizarlo entre cuatro y ocho cojinetes. Los dosificadores son suministrados en varias capacidades de descarga y están disponibles en bloques de una o varias válvulas. 4—26 Cantidad y periodicidad de lubricante Sin entrar en definiciones teóricas, apuntamos un sistema práctico para determinar la cantidad y periodicidad de lubricante necesaria para cada mecanismo facilitado por la firma Polidropsa. COEFICIENTE VOLUMÉTRICO CV CV = VD × CS × LR Se deberá calcular el CV para cada mecanismo por separado, y una vez obtenido, darle los valores equivalentes en cm , según la tabla a continuación detallada: 3 VOLUMEN DE LUBRICANTE REQUERIDO 3 3 3 3 3 cm CV cm CV cm CV cm CV 0-3 0,05 9-12 0,20 18-24 0,40 42-54 0,90 90-120 3-6 0,10 12-15 0,25 24-30 0,50 54-60 1,00 120-150 2,50 240-300 5,00 6-9 0,15 15-18 0,30 30-42 0,70 60-90 1,50 150-180 3,00 300-360 6,00 cm D VD = D 25 VD = S 200 VD = S 500 = Ø eje expresado en mm. ENGRANAJES Y CADENAS S = superficie 2 de trabajo en cm (D × Π × L) GUÍAS Y DESLIZADERAS S 2 = superficie de contacto en cm 4—27 cm 2,00 180-240 4,00 VD = VALOR DIMENSIONAL COJINETES PLANOS Y RODAMIENTOS CV 3 CV CS = COEFICIENTE DE SERVICIO ROTACIÓN O MOVIMIENTO OSCILANTE INTERMITENTE CS = CONTINUO CS 0,5 =1 ELEMENTOS SOMETIDOS A TRABAJO PESADO CON CUALQUIER TIPO DE MOVIMIENTO, EXPUESTOS A TEMPERATURAS ELEVADAS O AMBIENTES POLVORIENTOS CS =2 Débil LR = 0,5 Normal LR =1 Abundante LR =2 Muy abundante LR =3 GUÍAS VERTICALES O GUÍAS SIN JUNTAS LR = LUBRICACIÓN REQUERIDA CL = COEFICIENTE LUBRICACIÓN Aceite ligero 5 a 10 Aceite medio 3a5 Aceite pesado 1 Aceite semifluido 0,5 Grasa blanda 0,30 Grasa media 0,25 4—28 Intervalo inicial de lubricación El intervalo inicial de lubricación para una máquina, no puede ser determinado con exactitud por medio de fórmulas o tablas; por tanto, inicialmente los intervalos serán reducidos, al objeto de poder suministrar una cantidad de lubricante superior a la necesaria. Observando el comportamiento de los mecanismos vitales de la máquina se podrá aumentar el tiempo de pausa entre una lubricación y otra, hasta obtener el consumo apropiado. En forma aproximada, suponiendo una película de lubricante de 0,05 mm. y cambio total de lubricante cada ocho horas, en un mecanismo crítico podemos establecer: I = V×8 D × L × π × S × CL donde, I = intervalo inicial de lubricación en horas V = volumen de lubricante requerido (*) D = diámetro del soporte en cm L = longitud del soporte en cm S = 0,005 cm (espesor película) CL = coeficiente de lubricación 4—29 Llenado del depósito Si se emplea grasa en el Sistema, échense aproximadamente unos 3 l. de aceite en el depósito antes de llenarlo de grasa. Esto asegurará el cebado en la primera embolada y evitará averías en el cilindro y el pistón. El aceite también ayudará a evacuar el aire que pudiera quedar apresado en el cuello de la bomba al llenar el depósito con grasa. ya que el aire se introducirá en el circuito y producirá deterioro en los pistones de la bomba. NO PERMITIR QUE EL DEPÓSITO QUEDE VACÍO Observaciones Los equipos funcionan con aceite o grasa, pero si se desea cambiar de uno a otro, pueden ser necesarias ciertas modificaciones que afectan al depósito y a la válvula inversora. Se deberá consultar con los suministradores de los equipos respecto al mejor procedimiento de adaptación del grupo al lubricante deseado, y también para obtener recomendación sobre la conveniencia de adaptar el sistema de tuberías existente. 4—30 Mantenimiento de equipos y líneas 7 Sistemas de línea doble manual La simplicidad del sistema manual de línea doble, hace bastante remota la posibilidad de avería; no obstante, existen ciertas posibilidades de esta naturaleza que deben evitarse. La fuga en las líneas de suministro hará difícil, sino imposible, crear la presión requerida en el compresor. El funcionamiento del compresor con el depósito vacío, puede forzar aire en el circuito, produciendo un efecto similar, o evitando que la bomba se cebe debidamente. Para llenar el depósito, debe usarse sólo un lubricante limpio, ya que las materias extrañas pueden atascar la malla de la conexión de trasiego en el compresor. A este respecto, la malla debe limpiarse de vez en cuando. Un aparato portátil para llenar el depósito de grasa, como los que se indican en las hojas de listas de piezas, será muy útil para mantener el lubricante limpio y libre de aire. Si alguna materia extraña pasara la malla de trasiego podría impedir el funcionamiento correcto de las válvulas de retención de descarga y la bomba no crearía presión tan pronto como debiera. En tal caso, las válvulas de retención deben extraerse y limpiarse. 4—31 Mantenimiento de equipos y líneas 7.1 Para impedir averías • Mantener el depósito de la bomba lleno de lubricante limpio. • Revisar los cojinetes a intervalos regulares para ver que presenten en los bordes una pequeña cantidad de lubricante. • Revisar las tuberías por si hubiese deterioros y sustituir cualquier tubería dañada rápidamente. • Ver que todos los empalmes están cerrados herméticamente. • Revisar las conexiones de manguera flexible a intervalos regulares y sustituir la que esté estropeada. 4—32 Mantenimiento de equipos y líneas 7.2 Para localizar y corregir averías 1. Aire en el depósito. Si el mango de la bomba no ofrece la resistencia normal en la embolada y la bomba no crea presión, es normalmente una indicación de que existe aire en el depósito produciendo la pérdida consiguiente en el cebado de la bomba. Limpiar el depósito, poner una pequeña cantidad de aceite en el fondo y llenarlo con grasa limpia. El aceite ayudará a la bomba en el cebado y en la expulsión del aire. 2. Bloqueo de las retenciones de descarga. Si el mango de la bomba se bloquea en una posición o tiene tendencia a saltar hacia atrás en el extremo de la embolada, se debe a las retenciones de descarga de la bomba, que se han obstruido debido al uso de lubricante sucio. Limpiar bien el depósito y volverlo a llenar, y revisar las válvulas de retención. 4—33 3. Hay pocas piezas en las válvulas de alimentación y por consiguiente poco riesgo de que surjan dificultades con ellas, aparte de la obstrucción por suciedad. Si un cojinete parece que recibe grasa insuficiente, desconéctese la línea de descarga del mismo y póngase en funcionamiento el circuito. Véase si la válvula descarga lubricante. Si no, dejar de conectar el conducto de descarga al cojinete y lubricarlo a mano hasta que venga un periodo de paralización en que pueda limpiarse la válvula del distribuidor. Si no se consigue que la válvula funcione después de su limpieza, se recomienda sustituirla. Dado que cada válvula funciona independientemente de las demás del circuito, no es preciso parar la máquina si se obstruye una de las válvulas debido al uso de lubricante sucio. Desconéctese la línea de descarga de dicha válvula y lubríquese el cojinete a mano hasta que se encuentre oportuno hacer las reparaciones. Hágase funcionar el circuito en la forma normal y todos los cojinetes, excepto los que están desconectados, recibirán la cantidad correcta del lubricante. 4—34 Mantenimiento de sistemas automáticos 8 Averías, causas y reparaciones Aunque normalmente no se producen averías en estos sistemas, a continuación se señalan cuatro anomalías que pueden impedir a un sistema funcionar correctamente; junto a las averías se detallan posibles causas y el modo de repararlas. Anomalía La bomba no desarrolla presión 1. CAUSA. Sentido de rotación del motor de la bomba invertido. 1. REPARACIÓN. Cambiar el sentido de rotación, el motor deberá girar en el sentido de las agujas del reloj visto desde la dirección del vástago de accionamiento. 2. CAUSA. Aire en el sistema. 2. REPARACIÓN. Se comprobará el lubricante suministrado al depósito y se purgarán las líneas principales. Esto se realizará desconectando los puntos más alejados del sistema hasta que salga lubricante limpio y compacto. Una vez realizada ésta operación en los puntos más alejados, se procederá a efectuarla en el punto de retorno de la bomba. 4—35 3. CAUSA. Rotura línea principal. 3. REPARACIÓN. Se recorrerá el tendido de tuberías principales hasta localizar el escape de grasa que indicará el lugar de la rotura procediendo a repararlo. 4. CAUSA. Deterioro en la válvula de seguridad. 4. REPARACIÓN. Se comprobará la válvula de seguridad reemplazándola si es necesario. Para comprobar si ésta válvula está estropeada se soltará la conexión que va al depósito. Normalmente la válvula está dispuesta para abrir a una presión de 110 a 130 kg/cm , la comprobación se efectuará utilizando una bomba de mano provista de manómetro e introduciendo grasa por el orificio de entrada de la válvula. 2 5. CAUSA. Posición incorrecta del pistón en la bomba. 5. REPARACIÓN. Se seguirán las instrucciones de montaje del grupo pistón-cilindro. 4—36 Anomalía No se invierte el ciclo en el sistema 1. CAUSA. Aire en el sistema. 1. REPARACIÓN. Se purgarán las líneas principales y se comprobará el nivel del lubricante en el depósito. 2. CAUSA. Excesivo escape de grasa por los accesorios. 2. REPARACIÓN. Se apretarán los accesorios por los que existen fugas. 3. CAUSA. Escape de grasa por la válvula de seguridad. 3. REPARACIÓN. Se limpiará reemplazándola por otra nueva si es necesario. 4. CAUSA. Conjunto pistón-cilindro desgastado. 4. REPARACIÓN. Se reemplazará el conjunto pistón-cilindro. 5. CAUSA. El control fin de línea puede tener las conexiones eléctricas mal colocadas o sueltas. 5. REPARACIÓN. Se comprobarán las conexiones eléctricas mediante el diagrama existente en la parte inferior de la tapa del temporizador y se efectuarán las correcciones necesarias. 4—37 Anomalía El sistema no arranca 1. CAUSA. Temporizador estropeado. 1. REPARACIÓN. Véase instrucciones de mantenimiento para el mecanismo del temporizador. 2. CAUSA. El control de fin de línea puede tener las conexiones eléctricas mal colocadas o sueltas. 2. REPARACIÓN. Se comprobarán las conexiones eléctricas mediante el diagrama existente en la parte interior de la tapa del temporizador y se efectuarán las correcciones necesarias. 3. CAUSA. Sistema con las conexiones eléctricas incorrectas. 3. REPARACIÓN. Se comprobará el tendido eléctrico con el diagrama existente en la parte interior de la tapa del temporizador. Anomalía La bomba desarrolla excesiva presión 1. CAUSA. Aire en la válvula de inversión. 1. REPARACIÓN. Se aflojará la tuerca y se purgará el aire existente. 2. CAUSA. Lubricante demasiado consistente (véase lubricante que se ha especificado para el sistema). 2. REPARACIÓN. Se cambiará al lubricante adecuado. 3. CAUSA. Diámetro de tuberías muy pequeño. 3. REPARACIÓN. Avisar Servicio Técnico para revisar el sistema. 4—38 Instrucciones de mantenimiento línea simple 9 Reparación de averías, en sistemas de línea simple AVERÍA: EL SISTEMA TRABAJA PERO DESARROLLA UNA PRESIÓN DEMASIADO ALTA CAUSA REPARACIÓN Cojinete tapado Localice el cojinete y limpie o sustituya Línea tapada o machacada Sustituya Válvula bloqueada Limpie o sustituya Válvula mal montada Compruebe el diagrama esquemático del sistema para la apropiada localización Varillas de ensamblaje demasiado apretadas Aflójelas ligeramente Conexión en válvula mal efectuada Compruebe el diagrama esquemático del sistema, para la apropiada localización Lubricante demasiado denso Cambio de lubricante Descarga defectuosa de la bomba Limpie o sustituya Líneas principales de descargas demasiado pequeñas o demasiado largas Compruebe el diagrama esquemático del sistema Emboladas de la bomba demasiado rápi- Disminuya el poder de accionamiento de das la bomba Orificio de descarga de válvula tapado inadvertidamente Nunca tapone una salida dispuesta para servir a un cojinete. Quite el tapón AVERÍA: LA BOMBA TRABAJA, PERO NO PUEDE OPERAR EL SISTEMA O CONSEGUIR PRESIÓN CAUSA REPARACIÓN Poco lubricante Añada lubricante al depósito Aire en la bomba o línea de suministro Purgue el aire en la bomba y válvulas primaria y secundaria Línea de suministro desde el depósito de Quite y sustituya inadecuado diámetro Bomba situada a mayor altura que el de depósito. Sitúe la bomba adecuadamente Filtro del depósito obturado Limpie o sustituya Descarga defectuosa en la bomba Limpie o sustituya 4—39 ACOPLAMIENTOS Acoplamientos 1. Acoplamientos 2. Tipos, características y mantenimiento de acoplamientos 5—3 Acoplamientos 1 Acoplamientos Generalidades Frecuentemente en la industria mecánica se presenta el caso de transmitir movimiento desde un mecanismo a otro situado coaxialmente con él. Los extremos de los árboles de los mecanismos, alineados o casi alineados, se unen entre sí mediante platos de acoplamiento. Una vez realizada la unión de los platos de acoplamiento se está en disposición de poder transmitir movimiento al plato arrastrado con garantías de no introducir en el funcionamiento perturbaciones que causen la prematura destrucción del acoplamiento, cojinetes, obturaciones y otros componentes críticos de la maquinaria. En consecuencia, es precisa una buena alineación para aumentar la fiabilidad de la máquina. De lo expuesto, podemos decir que alineación es conseguir acoplar árboles de dos o más mecanismos, de manera que sus ejes geométricos estén en prolongación y que los platos no impidan el juego axial normal de los elementos. Si una alineación no se realiza con total exactitud, sometemos los mecanismos a esfuerzos anormales para los que no están preparados, lo que acarrea desgastes prematuros de cojinetes, deterioro de rodamientos, vibraciones, roturas de pernos de anclaje y, en algunos casos, rotura de los propios ejes. 5—4 K: acoplamiento entre motor y bomba. W1: árbol de accionamiento de la máquina (motor). W2: árbol movido (bomba). S1: plato acoplamiento del árbol W1. S2: plato acoplamiento del árbol W2. z: forros de alineación. Figura 1. Mecanismo de acoplamiento entre un motor y una bomba centrífuga En algunas máquinas que en su funcionamiento normal han de compensar dilataciones térmicas o centrar sus ejes formando cuñas hidrodinámicas, se han de aplicar desalineaciones intencionadas para las cuales se han de facilitar especificaciones precisas a fin de una buena alineación que permita un funcionamiento de los mecanismos sin producir vibraciones que disminuyan la vida útil de los mecanismos. Aunque lo que se trata de unir y alinear son ejes geométricos, no cabe duda de que el movimiento se transmite gracias a elementos que facilitan la conexión y desconexión de las máquinas consiguiendo suavizar, al mismo tiempo, los arranques y limitando las sobrecargas que actúan sobre motor y mecanismo a mover. 5—5 TIPOS DE ACOPLAMIENTOS Los elementos que realmente transmiten los giros son los acoplamientos, que, en principio, podemos considerar fijos, cuando no es posible interrumpir la transmisión del movimiento y de conexión cuando se puede efectuar la separación de la unión de ejes en cualquier momento (tipo embrague). Los acoplamientos de uso más generalizados son los fijos, a los que se puede subdividir en: • RÍGIDOS, cuando la transmisión del movimiento es directa sin flexibilidad. • ELÁSTICOS, cuando pueden amortiguar las oscilaciones y las sacudidas en el momento del arranque. • ARTICULADOS, cuando pueden compensar el desalineamiento de los ejes englobando al mismo tiempo deslizamientos paralelos y desplazamientos de los ejes. Como acoplamientos especiales, por tener una aplicación muy específica, podemos enumerar los acoplamientos hidráulicos, que transmiten el momento de giro por la acción dinámica de un fluido en movimiento; los hidrostáticos por la presión de un fluido y los electromagnéticos por el efecto magnético de la corriente eléctrica. En las tablas expuestas a continuación se pueden ver algunos ejemplos de los acoplamientos citados con una somera descripción de los elementos transmisores del giro. 5—6 ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS Acoplamiento de carcasa o de envoltura DIN 115. Acoplamiento de discos o platos DIN 116 (con entrante y saliente) Acoplamiento de discos o platos DIN 116 ACOPLAMIENTOS ARTICULADOS DESIGNACIÓN TIPOS DE PLATOS ELEMENTOS TRANSMISORES Acoplamiento de barriletes Entre los platos de acoplamiento se intercalan rodillos de acero que dan gran superficie de apoyo a la transmisión. Rodillos o barriletes de acero templado. Acoplamiento de dientes arqueados En los extremos de los árboles hay unos manguitos de acoplamiento con dientes arqueados. Estos dientes engranan en el dentado interior de los casquillos de acoplamiento firmemente unidos. Dientes exteriores en formas de arco. Semitapas exteriores de unión en acero con dentado recto interior. Dientes exteriores en forma de arco. Carcasa exterior de poliamida y dentado recto interior. 5—7 ACOPLAMIENTOS ELÁSTICOS ELEMENTOS TRANSMISORES DESIGNACIÓN TIPOS DE PLATOS Acoplamiento elástico. Sistema TSCHAN Dos platos iguales intercalan entre sí una corona dentada de material plástico. Corona dentada de material elástico. Acoplamiento elástico de pernos RECORD Pernos de acero con casquillos de goma encajan en taladros del contradisco. Pernos de acero con casquillos de goma. Acoplamiento elástico. Sistema ROTEX Dos platos iguales intercalan una corona dentada de material plástico. Corona dentada con dientes de forma abombada, de material elástico. ACOPLAMIENTOS ELÁSTICOS DE CONEXIÓN Acoplamiento PERIFLEX Acoplamiento elástico de resortes RECORD y BIBBY Acoplamiento elástico. Sistema SAMIFLEX Los discos de acoplamiento van unidos circunferencialmente por medio de un bandaje de goma. El bandaje de goma sujetado mediante anillos de presión. Los discos de acoplamiento van unidos por la periferia mediante un muelle en espiral. El muelle va encajado en ranuras periféricas y cerrado con dos tapas. Dos platillos con aletas frontales en fundición. La unión de los platos se hace con una guarnición elástica de poliuretano cerrada con un anillo metálico. 5—8 Teoría de la alineación Preparación Toda operación de alineado, efectuado racionalmente, supone varios pasos a seguir: • Evaluación de las direcciones y magnitudes de las de salineaciones. • Cálculo de las correcciones necesarias. • Realización de un proceso correcto de movimiento de máquinas. Independientemente del tipo de acoplamiento que se utilice en las máquinas, la alineación aquí considerada simplemente es el método mediante el cual la línea del eje de un elemento, como por ejemplo un motor, se hace coincidir con la prolongación de la línea del eje de otra máquina, por ejemplo una bomba. Las posibles desviaciones de la condición ideal de ejes en prolongación pueden ser horizontales y verticales (figuras 2 y 3). Platos alineados Desplazamiento paralelo Desplazamiento angular Figura 2 Por lo tanto tenemos que medir, y si es necesario corregir, cuatro diferentes parámetros de alineación. Al comenzar la alineación, se efectúan mediciones que determinan la posición relativa de un eje con respecto al otro. Estas mediciones se convierten entonces en valores de co5—9 rrección para las patas de las máquinas, que definen la cantidad en que deben desplazarse verticalmente y horizontalmente. Al realizar prácticamente los desplazamientos de la máquina, es de importancia crítica observar precisamente estos valores de corrección. Es de tener en cuenta que no es raro encontrarse con que la máquina que debe ser movida queda demasiado alta, situación que a menudo requiere un complejo mecanizado de las patas o de la base. Figura 3. Desplazamientos combinados Un juego de torsión del acoplamiento puede producir errores de medición. Por ello, este juego debe ser eliminado antes de tomar valores de medición. Con objeto de asegurar la precisión de las mediciones, debe determinarse el juego radial del eje, antes de proceder a la alineación. Las mediciones pueden resultar faltas de precisión, si algunos elementos de la máquina (cojinetes, apoyos de cojinetes...) están ya averiados. Tolerancias Para una alineación fiable como regla general deben utilizarse las tolerancias facilitadas por el fabricante de los acoplamientos, pero en los casos en que no se disponga de información al respecto, pueden utilizarse valores orientativos como los indicados en la siguiente tabla: 5—10 CONDICIÓN VUELTAS Falta de contacto en una pata EXCELENTE 1/100 mm 5,1 ACEPTABLE 1/100 mm 7,6 ACOPLAMIENTO DIRECTO Desplazamiento paralelo Angularidad por cm de diámetro 1.200 r.p.m. 1.800 r.p.m. 3.600 r.p.m. 1.200 r.p.m. 1.800 r.p.m. 3.600 r.p.m. 7,6 5,1 2,5 0,05 0,03 0,025 Acoplamiento con espaciador Desplazamiento paralelo 10,2 7,6 5,1 0,10 0,05 0,03 1.200 r.p.m. 0,10 0,15 1.800 r.p.m. 0,05 0,10 3.600 r.p.m. 0,025 0,05 Estas tolerancias deben ser usadas únicamente en el caso en que no se tenga tolerancia del fabricante de la máquina. Análisis de los alineamientos Para realizar correctamente la valoración del tipo y grado de desalineación de dos ejes que se van a acoplar es preciso seguir los siguientes pasos: 1. Comprobación del estado de las bases de los mecanismos. 2. Comprobar si alguna de las patas no asienta correctamente (soft foot). 3. Comprobar calado de platos y su concentricidad. 4. Reducir alturas de más de 2 o 3 m entre platos. 5. Alinear lateralmente (3-9) los dos platos con una regla biselada. 6. Comprobar si existe ángulo (12-6). 7. Eliminar ángulo (12-6) para conseguir platos paralelos. 8. Determinar forros para igualar altura de centros. 9. Alineación lateral (3-9) para comprobación final de valores. 10. Fijación definitiva de mecanismo. 5—11 Finalmente se recomienda un análisis de vibración para corroborar la buena alineación realizada. Comprobación del estado de las bases del mecanismo Es esencial para la óptima alineación, el perfecto estado de las superficies de contacto entre la máquina y su base o fundación. La falta de planitud y de paralelismo entre estas caras es causa de tensiones de montaje en las patas de la máquina cuando se aprietan los tornillos de anclaje. Desigualdades en altura en la superficie de la base, caras inferiores de las patas con suciedad o corrosión, u otras irregularidades, hacen que la máquina se apoye únicamente sobre tres patas, condición denominada SOFT FOOT (falta de contacto de una pata). Es fácil de ver que en estas condiciones es casi imposible alcanzar la alienación deseada, a parte de una posible avería en la máquina. Comprobación de asiento de patas Determinación de patas cojas soft foot (las patas de la máquina no asientan por igual). Es esencial para la óptima alineación el perfecto estado de la superficies de contacto entre la máquina y su base o fundación. La falta de planitud y de paralelismo entre estas caras es causa de tensiones de montaje en las patas de la máquina, cuando se aprietan los tornillos de anclaje. Desigualdades en altura en la superficie de la base, caras inferiores de las patas con suciedad o corrosión, u otras irregularidades, hacen que la máquina se apoye únicamente sobre tres patas, condición denominada aquí soft foot (falta de contacto de una pata). Es fácil de ver que en estas condiciones es casi imposible alcanzar la alineación deseada a parte de una posible avería en la máquina. Se pueden presentar dos casos: que los defectos en las patas que no asientan bien sean de forma paralela (figura 4) o de forma angular (figura 5). 5—12 Figura 4 Figura 5 La solución a este fenómeno se debe dar antes de la toma de valores para realizar la alineación, colocando los correspondientes forros para no tener que planificar toda la base. Esta operación se debe realizar apretando todos los tornillos de anclaje y colocando un comparador, alternativamente, sobre cada una de las patas al tiempo que se afloja una de ellas (la que tenga situado el comparador). Si una pata no asienta bien, al aflojar el tornillo de anclaje se producirá una reacción hacia arriba contra el reloj comparador que nos indicará la medida del forro que necesita esa pata. Se debe repetir el proceso para cada uno de los pies de la máquina que se está alineando, teniendo en cuenta que el tornillo de anclaje del pie que acaba de ensayarse debe ser reapretado antes de comprobar el siguiente. Después de comprobados todos los pies, se decide la forma de corregir el estado de la máquina. Si sólo existe un pie COJO, por ejemplo de 0,055 mm, se colocarán calas en la cantidad indicada. En defectos de SOFT FOOT muy complicados, puede requerirse el mecanizado de superficies y para determinarlo con exactitud lo que debe hacerse es sacar la máquina de su emplazamiento y tomar medidas de sus superficies de apoyo mediante reglas de precisión, calas o aparatos ópticos. 5—13 Comprobación de calado de platos y su concentricidad En algunas ocasiones debido a la realización de un mal torneado o un mal calado de platos, éstos no están totalmente simétricos en sus respectivos ejes. Normalmente, salvo pedido especial, los platos vienen con un agujero previo de menos medida que la que se necesitará en su utilización debido a que un mismo plato sirve para un amplio abanico de medidas de ejes. Si en el torneado no se pone especial atención, se pueden producir errores que dificultarán la alineación radial y axial. Estos defectos, aunque en menor medida también se presentan al calar mal los platos o sus moyús. Reducción de altura excesiva de platos Cuando se enfrentan los platos o moyús para comenzar la alineación pude ocurrir que entre los dos ejes haya una media excesiva en altura, más de 3 mm aproximadamente, que hace que los útiles a emplear (comparador o láser) se salgan del campo de medición. Para evitar este importante inconveniente se colocarán previamente calas o forros que sitúen la desviación a menos de 3 mm aunque no tengamos eliminada la posible desviación angular de platos. Sistema general para alineaciones En los casos en que los mecanismos no necesitan gran precisión en la alineación se puede proceder como indicamos a continuación una vez verificados los puntos del 1 al 4 indicados en el análisis de los alineamientos. Para efectuar una alineación se parte de que los dos ejes tienen calados sus respectivos platos de acoplamiento, con lo que se procederá a la aproximación de éstos hasta que entre ellos tengamos la medida que cada fabricante indica para sus productos. Con una regla de acero colocada lateralmente en las generatrices de los platos, en puntos que podamos considerar ESTE y OESTE en un símil con los puntos cardinales, o 5—14 3-9 tal como un sistema horario cada 180°; se irá comprobando hasta que queden perfectamente alineados. Generalizando y simplificando las dificultades debidas a tamaños o situaciones de los mecanismos en las plantas, podemos decir que esta alineación lateral se puede conseguir con relativa facilidad. En esta situación, conseguida después de alinear lateralmente, se comprobará con galgas en cuatro puntos y a 90°, el paralelismo de los platos. Si lateralmente no está con la misma separación se corrige moviendo el mecanismo, pero si en la situación, que podemos considerar NORTE-SUR, no tenemos la misma medida, quiere decir que el mecanismo a alinear está CAÍDO o LEVANTADO y habrá que colocar forros previamente donde interese para que los dos platos queden paralelos. Cuando se tengan los dos platos totalmente paralelos (cada fabricante indica pequeñas tolerancias para facilitar la alineación) se comprobará cuál de los dos es el que está MÁS ALTO, según las figuras 6 y 7. Figura 6 5—15 Figura 7 Evidentemente es lógico pensar que el más bajo es en el que hay que colocar forros iguales, en cada una de las cuatro patas. El espesor será el que podamos medir desde la regla al plato (espesor «e»). Puede ocurrir que los platos de acoplamiento no tengan el mismo diámetro, por lo que habrá que tenerlo en cuenta tanto en la verificación 3-9 como en la 12-6, a efectos de la medición de diferencias de altura. Solamente se deben tomar las mediciones si la máquina está fijamente atornillada a su fundamento o bastidor de base. Cada desplazamiento modifica el ajuste anteriormente efectuado; por esta razón, hay que repetir varias veces las mediciones. 5—16 Alineaciones con equipos de rayos láser Los rápidos avances dentro de la tecnología de los ordenadores y la electrónica han hecho posible el desarrollo de nuevos métodos para medir las desalineaciones. Los equipos láser utilizan la gran precisión de un haz luminoso como punto de referencia desde donde efectuar las mediciones. Con este método, además de facilitar las alineaciones, se evita totalmente el error apuntado de falta de rigidez de los útiles de verificación. Figura 8 La unidad láser, unida a la óptica de los espejos, permite formar un sistema de medida de los desalineamientos que transmite las desviaciones a una computadora que nos proporciona la medida del desalineamiento y sus correcciones. 5—17 FORROS DE ASIENTO La preparación de unos forros adecuados es fundamental en toda alineación. Los forros deben recortarse de láminas rectificadas expresamente preparadas para este fin. Aunque algunas firmas comerciales fabrican forros con la forma del asiento de sus mecanismos, lo más normal es no disponer de éstos, por lo que las láminas apuntadas son las más indicadas puesto que se fabrican en varios espesores con el objeto de utilizar las más adecuadas en cada caso. Los forros construidos para conseguir un buen asiento deben tener la forma del asiento del mecanismo que se está alineando, de tal manera que deben llevar, por lo tanto, el correspondiente agujero para que pase el tornillo de fijación. Se debe evitar que los agujeros para los pernos de fijación se rasguen, aunque en algunos casos de mecanismos muy pesados o cuando se han de colocar varios forros en un mismo asiento, se pueden rasgar para encajarlos sin tener que quitar repetidamente los tornillos o los mecanismos. Cuando se finaliza la operación de alineado, y siempre que sea posible, se sustituirán todos los forros de cada asiento por uno solo, que sea la medida de los quitados, ya que con las vibraciones de los mecanismos se pueden aflojar tuercas y tornillos más fácilmente. Figura 9. Forma de confeccionar un forro, siempre que sea posible 5—18 Los forros, como ya apuntamos, son elementos muy importantes en las alineaciones, por lo que se han de construir con sumo cuidado para evitar los defectos clásicos de alineaciones debidos a forros mal construidos y que pueden ser básicamente de tres tipos: • Forros muy pequeños: el mecanismo hace demasiada presión sobre ellos al ser menor la superficie de contacto. • Forros demasiado grandes: tienen inconvenientes de seguridad y estética. • Forros con agujero muy grande: es fácil que no quede asentado perfectamente, que se mueva o, inclusive, que salga de su asiento, sobre todo en mecanismos de fundición con patas huecas. Se debe tener en cuenta que cuando se utilizan muchos forros delgados en cada asiento, el mecanismo baja aún más al fijar fuertemente los tornillos. 5—19 Acoplamientos 2 Tipos, características y mantenimiento de acoplamientos Normalmente no se suele prestar gran atención al problema de la unión de árboles giratorios. Con frecuencia se escoge el elemento de unión más simple y, por tanto, menos costoso, se considera suficiente para cumplir la función de acoplar, y nadie piensa en las nefastas consecuencias que esta elección puede acarrear a la calidad y duración de funcionamiento de las máquinas acopladas. Frecuentemente también, la elección está orientada según el principio simplista que admite que el órgano de unión debe presentar una elasticidad torsional así como una gran flexibilidad. Los acoplamientos de dientes, por ejemplo, son flexibles, pero carecen de esa elasticidad torsional. Por concepción propia, no poseen los inconvenientes que presentan los acoplamientos de diseño diferente. Actualmente existen múltiples aplicaciones en las que, por una parte, los pares de torsión a transmitir, las altas velocidades de rotación y los valores de desalineación, y, por otra parte, los costos de mantenimiento exigen el empleo de distintos acoplamientos. Acoplamientos rígidos Acoplamientos rígidos de manguito partido Se utilizan principalmente para la unión de ejes extraordinariamente alineados, puesto que las más pequeñas desalineaciones originan grandes e incontrolables cargas adi5—20 cionales en el acoplamiento, en las zonas próximas de los ejes y en los cojinetes. En los ejes de transmisión de los mecanismos de traslación de grúas y puentes, etc., se colocan los apoyos de los ejes tan distanciados de los acoplamientos que las posibles irregularidades de asiento son absorbidas por la deformación elástica del eje. Los acoplamientos de MANGUITO PARTIDO (figura 10) tienen como característica más importante la facilidad de desmontaje. Su principal empleo es en la unión de ejes de transmisión en grúas y máquinas similares. El cierre de fuerza sobre el eje se hace mediante tornillos que aprietan las dos mitades del acoplamiento, aunque en ocasiones una de ellas puede tener chavetero. La posición de los tornillos deberá ser la de la figura 11, con objeto de evitar desequilibrios y vibraciones en el giro del eje, sobre todo en los casos en que se trate de altas velocidades. Figura 10 Figura 11 Este tipo de acoplamiento es muy raro verlo en instalaciones modernas, pero en los casos en que todavía se utiliza, su alineación se efectuará según el tipo de montaje que se esté realizando. 5—21 Si se cambia un tramo de eje no hay demasiados problemas, puesto que los apoyos quedan en su sitio, pero en el caso de un movimiento de estos apoyos o un cambio, se pueden hacer dos operaciones: 1. Alinear los ejes con una regla en dos puntos E-0 a 180°. 2. Terminar la operación con reloj palpador para saber cuál es el forro exacto que se debe colocar para una total alineación. Figura 12 Figura 13. Acoplamiento rígido de manguito partido 5—22 Acoplamientos rígidos de discos Los dos discos, calados previamente en sus ejes en caliente o hidráulicamente, se comprimen conjuntamente mediante tornillos ajustados, de tal forma que el momento de giro lo transmiten las fuerzas de rozamiento, y solamente en caso de sobrecarga trabajan los tornillos. Para centrar los ejes se encaja una mitad del acoplamiento con un resalte en la ranura de la otra mitad, según se ve en la figura 14. Figura 14 Los acoplamientos de discos producen una de las uniones más seguras de ejes. Son apropiadas para ejes sometidos a sacudidas, fuerzas axiales, etc. Entre los extremos de los ejes debe existir una distancia aproximada de 1 mm una vez que el acoplamiento esté encajado. Este acoplamiento tiene un ajuste bastante preciso en la zona de resalte, aunque sea deslizante, pero para cada caso particular y dado que no abunda su utilización, se puede consultar la norma DIN 759. Debido a la rigidez del montaje cualquier pequeña desalineación se transformaría en esfuerzos no deseables sobre rodamientos, deteriorándolos con rapidez. 5—23 Acoplamientos articulados (flexibles) Acoplamientos dentados Los acoplamientos flexibles dentados tienen la propiedad de poder transmitir altas potencias sin variación de la velocidad del eje conductor respecto al eje conducido. Como otros acoplamientos flexibles, también compensa todo género de desalineaciones de ejes sin provocar esfuerzos anormales sobre las máquinas acopladas. Los movimientos axiales de los ejes están compensados desde el momento en que los ejes se pueden desplazar libremente. La figura 15 muestra una sección de un acoplamiento dentado, donde se ven perfectamente todos sus elementos. Es un acoplamiento de doble articulación y rígido a la torsión. Se compone de dos cubos con dentado exterior abombado que engrana perfectamente (figura 16) con las camisas 2 y 3 con dentado interior recto y paralelo. Figura 15 La camisas 2 y 3 están unidas por medio de tornillos de ajuste 6, permitiendo un fácil montaje y desmontaje sin que sea preciso desplazar los mecanismos. Para evitar la fricción en los dientes y, en consecuencia, el desgaste, se lubrifica con una grasa de extrema presión o aceite según los casos, que se distribuye por la acción de la fuerza centrífuga. Por mediación de los retenes especiales 5 y las juntas tóricas 9 y 11 se consigue una estanqueidad perfecta. 5—24 Debido a la forma abombada de los dientes en el caso de una desalineación de ejes se produce una oscilación de los cubos en el interior de las camisas, de tal forma que el acoplamiento constituye una doble articulación, no produciéndose jamás por muy grande que sea dicha desalineación un agarrotamiento de las piezas que lo componen, ni presentarse presiones en las aristas de los dientes. Figura 16 1. Cubo. 2. Camisa. 3. Camisa porta junta. 4. Camisa macho. 5. Camisa hembra. 6. Junta tórica. 7. Retén especial. 8. Junta metaloplástica. 9. Tapón de engrase. 10. Junta tórica. 11. Tornillo de unión. 12. Tuerca autoblocante. 13. Arandela grower. 14. Tuerca. 15. Tornillo. 16. Arandela grower. 17. Junta tórica. 18. Tapa. 5—25 Figura 17 Este acoplamiento admite las tres típicas características de desalineación de ejes: la capacidad angular admisible de ±1° por cada mitad del acoplamiento y la radial y axial, que viene determinada según el tamaño, en tablas, más adelante. Funciones del acoplamiento Los acoplamientos flexibles transmiten el par de torsión del árbol conductor al conducido, y al mismo tiempo compensan la desalineación y absorben los movimientos axiales de los árboles acoplados. Es un hecho conocido que una alineación perfecta, difícil de obtener en el montaje de las máquinas, es aún más difícil de conservar durante el funcionamiento. Los riesgos de modificación normal o accidental de la alineación de los ejes provienen frecuentemente de: • La dilatación térmica (turbinas de vapor, industrias metalúrgicas y siderúrgicas, industrias químicas, etc.). • El asentamiento de suelos (minas, cimentaciones, etc.). • La deformación de los bastidores (grúas puente, navíos, etc.). • El desplazamiento del árbol receptor (cilindros de laminación, rodillos de planeadoras, bobinadoras, etc.). • Las vibraciones, desgaste de rodamientos y cojinetes, etc. Un acoplamiento flexible debe, pues, tener tres funciones principales: 5—26 a) Transmitir el par entre dos árboles sin variación de la velocidad del árbol conducido con relación al árbol conductor. b) Compensar toda clase de alineaciones entre los árboles sin provocar reacciones o esfuerzos anormales en los aparatos acoplados, y sin pérdida de potencia apreciable. c) Compensar los movimientos axiales de los árboles acoplados evitando que uno de los árboles ejerza un empuje sobre el otro, y siempre permitiendo a cada uno girar en su posición axial normal. De la misma forma que el acoplamiento articulado debe responder a las tres funciones, bases esenciales ya reseñadas, debe también compensar tres tipos característicos de desalineación: • Defecto angular puro de alineación, de uno u otro de los árboles, o de los dos. • Defecto radial puro de alineación de los dos árboles. • Defecto radial y angular combinados entre los dos árboles. En estos acoplamientos de dientes, con dentado curvo, la carga se reparte sobre una superficie del lado del diente lejos de las extremidades del dentado. Un dentado exterior curvo se comporta como un patín oscilante, y puede deslizarse libremente sin marcar huellas o empotrarse en el dentado interior. De esta forma el lubricante puede cumplir sus funciones y la parte superior del dentado esférico de los moyús permite el centrado en el fondo de las ranuras del dentado interior de la carcasa. Los acoplamientos de dientes curvos permiten transmitir pares de torsión muy importantes, su duración de vida es grande y no provocan esfuerzos anormales sobre las máquinas acopladas. Los acoplamientos articulados de dientes presentan estas ventajas: robustos, totalmente construidos en acero, no llevan elementos elásticos susceptibles de desgaste, permiten con pequeñas dimensiones transmitir fuertes potencias y grandes velocidades de rotación. 5—27 Son utilizados en la actualidad en las más diversas ramas de la industria, donde confirman su superioridad al cumplir con las exigencias deseadas de: • Potencias: servicios continuos y fuertes en minas, siderurgia, petroleros y demás navíos de gran tonelaje, etc. • Velocidades: bombas de alimentación de centrales térmicas, compresores centrífugos y turbinas, bancos de ensayo de aviación, etc. • Grúas puente de siderurgia, montacargas o ascensores de minas y portaaviones, material rodante de transporte, etc. Capacidad de par de los acoplamientos de dientes curvos o abombados Cuando el acoplamiento está perfectamente alineado, es decir, cuando los dos dentados son coaxiales, todos los dientes contribuyen por igual a transmitir la carga, y el par que es susceptible de transmitir es superior al que puede transmitir el árbol. Con una cierta desalineación angular, todos los dientes no contribuyen por igual a transmitir la carga, y algunos de ellos lo hace en condiciones tanto más desfavorables cuanto mayor es la desalineación. La capacidad del par disminuye así rápidamente cuando la desalineación aumenta. EL PAR DE LOS ACOPLAMIENTOS HA SIDO CALCULADO PARA UN ÁNGULO DE DESALINEACIÓN INFERIOR A 0° 30’ Se ha estimado que las deformaciones accidentales o funcionales de las estructuras y fundaciones, asentamiento de terrenos, etc., pueden a la larga ocasionar un defecto de alienación del orden de 0° 30’ (sobre todo si se descuida el mantenimiento de la instalación). 5—28 Acoplamientos de dientes abombados Bowex Estos acoplamientos son uniones flexibles de ejes, diseñados para compensar las desalineaciones axiales, radiales y angulares de los ejes. Conforme al principio del conocido acoplamiento de dientes abombados, al producirse movimientos relativos dentro de los límites de los valores admisibles de las desalineaciones, son evitadas las presiones en los bordes, consiguiéndose con ello que los acoplamientos trabajen sin sufrir apenas desgaste. La combinación de los materiales acero/poliamida hace factible el funcionamiento en régimen continuo sin entretenimiento y coeficientes de fricción muy favorables. Añadido esto a un reducido momento de inercia, resulta un elevado rendimiento y unas reducidas fuerzas de retroceso en el campo de las desalineaciones axiales. En función de la forma de trabajo de efecto doble cardán pueden quedar desatendidas las fuerzas de retroceso que se producen con las desalineaciones angulares y radiales, no originándose oscilaciones periódicas de la velocidad angular. Su reducido peso y sus pequeñas dimensiones responden a las exigencias de la construcción compacta de las máquinas. El montaje —vertical y horizontal— es fácil y económico. Los materiales empleados son resistentes a los efectos de todos los lubricantes y líquidos hidráulicos habituales en el mercado. Figura 18 5—29 Figura 19 Son admisibles temperaturas de servicio continuo de +80° C con temperaturas punta de +120° C. Acoplamiento de barriletes Normalmente se instalan en los mecanismos de elevación de grúas para unir el tambor del cable con el eje de salida del reductor. Cuando un eje de este tipo está unido rígidamente al tambor de un mecanismo de elevación, se puede considerar como un conjunto apoyado en tres puntos, según se ve en la figura 20, y se origina un caso estáticamente indeterminado. Como consecuencia se requiere un especial cuidado en la alineación, difícil de conseguir en la práctica. Figura 20. Montaje rígido unión reductor-tambor. Apoyo en tres puntos 5—30 Las inexactitudes de montaje, las deformaciones de las estructuras, desgaste de rodamientos, etc., originan fuerzas adicionales, sobre todo en el eje de salida del reductor, que, debido a las fuerzas alternativas de flexión, producen rotura por fatiga y averías en rodamientos y dentados. Los acoplamientos de barriletes colocados entre el reductor y el tambor compensan los defectos de alineación consiguiendo un asiento estáticamente determinando y evitando con ello que se presenten elevados momentos flectores (figura 21). El esquema que representa la figura 22 muestra un montaje típico de un acoplamiento de barriletes. Como detalle curioso se puede comprobar que en el extremo del eje del tambor está colocado un rodamiento oscilante, puesto que este acoplamiento absorbe desplazamientos axiales. Figura 21. Montaje con acoplamiento de barriletes El acoplamiento de barriletes (figura 23) se compone de una camisa dotada con dentados semicirculares en su diámetro interior y un núcleo con dentado exterior de igual forma. Como elementos de transmisión de fuerza, se intercalan una serie de barriletes cilíndricos de acero templado en los alojamientos formados por los citados dentados. Unas tapas, con sus correspondientes retenes especiales, sirven para conseguir una estanqueidad perfecta, evitando la penetración del polvo y garantizando la continuidad de la lubricación necesaria. Dos anillos elásticos de doble lámina guían los barriletes. 5—31 Figura 22. Montaje del acoplamiento de barriletes en un mecanismo de elevación Por la disposición abombada de los barriletes permite una oscilación del cubo con respecto a la camisa, compensando desalineaciones angulares de ±1° 30’. Puede también absorber desplazamientos axiales de ±3 mm hasta ±8 mm, según tamaño de acoplamiento. El momento de torsión del acoplamiento se transmite por medio de dos caras de arrastre de la camisa, que van alojadas en el tambor, y una serie de tornillos, que sirven al mismo tiempo de unión al tambor. Un indicador situado en la tapa exterior permite controlar el desgaste y el posicionamiento axial de la camisa con respecto al cubo, sin desmontar el acoplamiento. Los barriletes, debido a su gran superficie de apoyo, absorben las tensiones originadas por el momento torsor y la carga radial. 5—32 Figura 23 Figura 24 1. Cubo. 2. Camisa. 3. Tapa interior. 4. Tapa exterior. 5. Barrilete. 6. Tornillo allen. 7. Indicador de desgaste y reglaje axial. 8. Retén especial. 9. Tornillo allen. 10. Agujeros roscados de desmontaje. 11. Señales límites desgaste. 12. Agujero para tubo de engrase. 13. Orificio de rebose de grasa. 14. Referencia de montaje. 15. Anillo guía de los barriletes. 16. Arandela grower. 5—33 Acoplamientos elásticos Tienen la misión de suavizar los impulsos de los momentos de giro, acumulando durante unos instantes la energía de dichos impulsos y evitando también perjudiciales vibraciones o al menos amortiguándolas. Para ello se disponen, por lo general, elementos de goma, resortes de acero u otros materiales elásticos, entre las dos mitades del acoplamiento. Estos sistemas también compensan pequeñas diferencias de alineamiento, alargamiento de los ejes y desplazamientos axiales; su mantenimiento es nulo y tienen gran elasticidad de torsión, pudiendo alcanzar en los arranques de 10° a 15°. En el mercado hay una gran variedad de acoplamientos flexibles en cuanto a forma, elementos intermedios, etc., pero en todos los casos un acoplamiento elástico no puede ser excusa para no hacer un alineamiento perfecto. Al contrario, la alineación tiene que tender a una perfecta exactitud como si se tratase de un acoplamiento rígido. Solamente en este caso el acoplamiento elástico cumple a la perfección su cometido. Acoplamiento de tacos El acoplamiento más característico de la familia de los elásticos es el de la figura 25. Figura 25 5—34 El caso más característico, al margen de marcas comerciales, es el de la figura 25. Estos acoplamientos transmiten el momento de giro mediante bulones o tornillos recubiertos con casquillos de goma o caucho que, dada su gran elasticidad, tienen un efecto amortiguador de los golpes, tanto del arranque o durante el trabajo, habiéndolos indicados en aquellas máquinas susceptibles a vibraciones. Como se indica repetidamente, aunque en la alineación se tenderá a la mayor perfección, se pueden admitir en caso de difícil alineación, desplazamientos angulares de ejes de hasta 2° aproximadamente y desvíos entre centros de hasta 1 mm, según las figuras 26 y 27. Figura 26 Figura 27 Normalmente, este acoplamiento se construye con tetones o manguitos móviles para facilitar la alineación, pudiendo montarse terminada ésta. Es muy importante que los platos se dejen, al situar lo dos mecanismos, a la separación que indican las tablas según los diámetros correspondientes, casilla S de la tabla siguiente correspondiente al acoplamiento de la figura 28. 5—35 Figura 28 AGUJERO A B C de E F L M S MÁXIMO 78 94 104 114 80 90 100 112 20 25 30 35 20 25 30 35 13 21 26 31 24 24 24 24 37 45 50 55 52 52 52 52 4 4 4 4 124 144 125 140 65 80 40 45 32 42 28 28 60 70 60 60 4 4 164 184 160 180 85 104 50 60 45 55 35 35 80 90 74 74 4 4 207 227 200 225 110 128 65 75 58 68 42 42 100 110 91 91 7 7 247 267 250 280 140 158 82 90 66 76 54 54 120 130 115 115 7 7 290 330 320 360 172 210 100 120 74 94 66 66 140 160 142 142 10 10 370 410 450 400 450 500 225 265 280 125 150 160 100 120 140 80 80 80 180 200 220 170 170 170 10 10 10 490 570 610 570 650 775 320 400 448 200 250 300 140 180 200 100 100 100 240 280 300 210 210 210 10 10 10 5—36 Acoplamiento elástico Este acoplamiento emplea un elemento elástico, que proporciona la flexibilidad torsional requerida y suavidad en la transmisión del par. A través de la selección adecuada del elemento elástico así como del tamaño, se pueden evitar choques y vibraciones torsionales en el eje conducido. Figura 29 La concepción del acoplamiento permite absorber las desalineaciones radiales y angulares entre ejes, así como la mayoría de los desplazamientos axiales producidos por dilataciones de ejes o por pequeños movimientos en cimentaciones y apoyos. Aunque el acoplamiento Jauflex pueda tolerar algunos pequeños errores en la alineación de las máquinas, siempre es mejor obtener una buena alineación para que el acoplamiento pueda acomodar posteriores movimientos entre ejes. Los mangones del acoplamiento Jauflex tienen forma de tetón, fabricados enteramente en acero (los alojamientos del elemento flexible están totalmente mecanizados). El elemento elástico es una corona a modo de barril, interconectada por un anillo, por lo que es una pieza única fácil de montar y desmontar. Existen tres tipos de elastómeros, de diferentes durezas. Se puede seleccionar ya sea un elemento con mayor dureza y, por consiguiente, una mayor capacidad de transmisión de par o un elemento blando para una transmisión suave. Los elementos elásticos eliminan la 5—37 transmisión de vibraciones torsionales a través de su elasticidad y su alto coeficiente de amortiguamiento. Del mismo modo, el aire circula a ambos lados del elemento elástico, obteniéndose una buena evacuación del calor generado. Como se indicó, existen tres tipos de elastómeros para la fabricación de la corona elástica. La elección se deberá hacer en base a las exigencias indicadas en la tabla siguiente: DESIGNACIÓN MATERIAL COLOR DUREZA (SHORE A) PB 80 VkR Vk60D Acrilonitrilo butadieno Goma (NBR) Elastómero Poliuretano Elastómero Poliuretano (PUR) (PUR) Negro Rojo Blanco 80° 93° 96° TEMPERATURA DE FUNCIONAMIENTO En continuo: Pequeña duración: -25° C hasta 85° C -50° C hasta 120° C -35° C hasta 80°C -35°C hasta 85°C -40° C hasta 100°C -40° C hasta 100°C DURACIÓN DE SERVICIO Muy buena Muy buena Muy buena RESISTENCIA AL DESGASTE Muy buena Muy buena Muy buena Baja Media Alta Buena Baja Muy buena Buena Buena Buena Muy buena Baja Muy buena Buena Muy buena Baja RIGIDEZ TORSIONAL RESISTENCIA A: • Gasolina • Benzol • Aceites • Álcalis y ácidos Las principales características son: • Capacidad de absorber desalineaciones radiales, angulares y axiales. • Es comparativamente pequeño en tamaño y ligero en peso. • Tiene un desequilibrio residual pequeño, como consecuencia de que va mecanizado y el elemento elástico ligero está fabricado con precisión. Así mismo se puede proceder al equilibrado si se estima oportuno. • La larga duración del elemento elástico está asegurada por el buen acabado en las superficies de apoyo. • No requiere lubricación y es necesario un mantenimiento mínimo. 5—38 • Aislante eléctricamente de por sí, no existiendo contacto metal-metal entre los dos mangones. Figura 30. Tipo SDD con disco de freno SIME Acoplamiento elástico Samiflex El montaje de este acoplamiento entre motor y máquina permite asegurar un aislamiento antivibratorio, absorber las sacudidas y los choques y admitir ciertas tolerancias de alineamiento de los ejes. Este acoplamiento se compone solamente de cuatro piezas (figura 31): • Dos platillos idénticos (1) y (2) de fundición perlítica de alta resistencia, llevando cada uno 8 aletas (salvo para los 0 y 00, que son de aleación ligera y tienen 6 y 4 aletas respectivamente). • Una guarnición elástica dentada y abierta (3), de elastómero de poliuretano. • Un aro de sujeción (4) de acero, con tetones interiores, destinados a ajustar dicho aro sobre la guarnición elástica, la cual tiene unas ranuras a este efecto. 5—39 El aro de fijación dispone de dos agujeros roscados, simétricos entre sí, a través de los cuales podemos fijar opcionalmente dos espárragos allen coincidentes con los alargamientos de guarnición elástica, todo ello destinado a evitar el posible desplazamiento axial de dicho aro. Figura 31 La guarnición elástica está hecha de una mezcla especial de elastómero de poliuretano del que más adelante se ampliarán especificaciones. Figura 32 5—40 CARACTERÍSTICAS Y DIMENSIONES (cotas en mm) Diámet. máxiPre mo diámet. d1 Tipos *Par nominal daNm A00 A0 A1 0,65 2 5 2 5 9 9.000 9.000 8.000 16 23 38 A2 A3 A3B 10 20 20 25 50 50 6.500 4.800 4.800 A4 A4B A45 40 40 70 100 100 175 A5 AA55 A6 100 150 200 A7 A8 A9 A10 A11 *Par Veloci. máx. máx. daMm r.p.m. Rigidez Amorti- Momento torsional gua- inercia J 103 miento Nm.rad-1 y kg/m2 Peso kg D1 G L d2 D2 D3 K J H E 4 8 14 43 66 83 50 73 92 19 28 35 21 25 39 35 52 65 35 52 65 12 16 22 — — — — — — 1,5 1,5 1,5 0,21 0,32 0,95 0,65 0,65 0,65 — — 0,0012 0,3 0,8 1,7 42 50 55 17 19 19 111 144 144 127 154 154 46 56 56 44 51 51 80 85 105 86 116 116 32 42 42 36 45 45 55 64 64 2,5 2,5 2,5 2,1 4,2 4,2 0,65 0,65 0,65 0,005 0,012 0,02 3,9 6,8 8,5 3.500 3.500 3.100 65 70 75 24 24 25 182 182 202 179 179 176 63 63 70 66 66 90 110 135 125 150 150 170 51 51 55 47 47 52 85 85 92 3,5 3,5 3,5 9,5 9,5 11,2 0,65 0,65 0,65 0,05 0,075 0,102 13 16 19 250 300 400 2.900 2.600 2.500 85 95 110 29 30 39 225 250 265 215 244 259 76 90 94 90 115 119 140 155 180 190 215 234 59 63 67 57 68 71 101 108 117 3,5 3,5 3,5 16 42 65 0,65 0,65 0,65 0,155 0,275 0,437 26 36 50 400 750 1.250 800 1.500 2.500 2.200 1.850 1.600 130 150 180 48 63 73 306 363 425 309 379 418 115 146 162 131 157 182 205 240 280 267 326 385 75 85 92 88 114 129 133 151 160 4 5 5 112 200 214 0,65 0,65 0,65 0,825 2,325 4,95 70 140 215 2.500 3.500 4.000 5.600 1.250 1.250 210 210 96 96 523 503 479 510 188 190 212 212 330 350 484 458 102 128 145 148 189 214 6 6 460 580 0,65 0,65 12 16 350 410 Montaje-desmontaje Después del ranurado, los platillos (1) y (2) se montan sobre los ejes a acoplar. Posteriormente se habrá colocado el aro a caballo, sobre uno de estos platillos. Las aletas de los platillos se encaran sin rozarse ni estar superpuestas (respetar la cota E, ver tabla) y, entonces, la guarnición elástica ya puede ser enrollada introduciendo los dientes entre las aletas (figura 33). Figura 33 5—41 Luego, solamente con la ayuda de un mazo, puede hacerse deslizar el aro (4), haciendo coincidir los pernos de este último con los huecos previstos en la guarnición: el aparato ya está a punto de marcha (figura 34). Figura 34 En marcha, bajo el influjo de la fuerza centrífuga que hace hinchar elásticamente la guarnición, ésta queda fuertemente pegada al interior del aro, de forma que este último y la guarnición quedan rigurosamente solidarios. Para el desmontaje, basta con expulsar el aro con un mazo y desenrollar la guarnición. De lo que antecede se desprenden dos destacadas ventajas de este acoplamiento: • La guarnición elástica puede colocarse o quitarse instantáneamente, sin tornillo ni tuerca y sin retroceso de los platillos; se evitan problemas de tornillos oxidados. • Quitar la guarnición permite el desacoplamiento de los ejes sin desplazar las máquinas. 5—42 Disposición de las partes del acoplamiento Las partes del acoplamiento se pueden disponer indiferentemente sobre uno u otro eje. Recomendamos colocar, en los acoplamientos con espaciador, el magón brida sobre el eje motriz. En los acoplamiento con polea a disco freno, recomendamos colocar el mangón que aloja la polea o el disco, sobre el eje de la máquina accionada. Los mangones de los acoplamientos se suministran con pretaladro. Bajo pedido, se suministran los mangones con agujeros mecanizados según tolerancias ISO y chaveteros según DIN 6885. El equilibrado dinámico de los acoplamientos se realiza en dos planos, calidad Q 76,3 según VDI 2060. El equilibrado se realiza en acoplamientos con agujeros definitivos, indicando al suministrador si el mismo se debe efectuar con o sin chaveteros. Fijación opcional del aro de sujeción En el supuesto de que no podamos mantener la alineación dentro de las tolerancias máximas admisibles, y con objeto de evitar que el aro se desplace axialmente, es posible mantener la fijación del mismo al elemento elástico, introduciendo dos espárragos allen a través de los alojamientos roscados para tal fin, los cuales son coincidentes con los del elemento elástico. Tipo A00 A0 A1 A2 A3 A4 A45 A5 A55 A6 A7 A8 A9 A10 A11 DIN 913 — — M5 M6 M8 M8 M10 M10 M10 M10 M10 M12 M12 M12 M12 Longitud — — 8 12 12 14 14 14 14 14 16 16 16 18 18 Montaje y puesta en marcha. Para el montaje y la puesta en marcha de los acoplamientos Samiflex deberán tenerse en cuenta las instrucciones del fabricante. Disposiciones de seguridad. No se debe poner el equipo (motor) en marcha, sin antes haber asegurado (montado) el aro de sujeción al elemento elástico. 5—43 El elemento elástico es proyectado hacia el exterior de los mangones, si el equipo (motor) se pone en marcha sin antes haber asegurado (montado) el aro de sujeción. Antes de iniciar la puesta en marcha del acoplamiento, deben instalar la cubierta de protección. Los equipos rotativos son potencialmente peligrosos y pueden causar serios accidentes. Todos los equipos rotativos deben usar cubiertas de protección para los acoplamientos, los cuales varían según aplicaciones y velocidades. Colocación en posición horizontal o vertical En las figuras siguientes se ve la disposición de montaje de acoplamientos en posición horizontal y vertical. Figura 35 Figura 36 5—44 Desalineaciones admisibles Cotas de montaje (E) y tolerancias en mm Tipo A00 A0 A1 A2 A3 A4 A45 A5 A55 A6 A7 A8 A9 A10 A11 1,5 1,5 1,5 2,5 2,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 4 5 5 6 6 Axial X +0,3 +0,3 +0,5 +0,5 +0,7 +0,8 +1,0 +1,0 +1,0 +1,0 +1,0 +1,5 +1,5 +2 +2 Radial Y 0,1 0,1 0,1 0,1 0,15 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,30 0,30 0,30 0,40 0,40 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,40 0,40 0,50 0,50 0,60 0,90 1,10 1,30 1,70 1,70 E Montaje Angular Z Guarniciones elásticas Están hechas de una mezcla especial de elastómero de poliuretano y presentan, en un grado excepcional, todas las características requeridas: • Alta resistencia a la rotura, al cizallamiento, a la torsión. • Gran capacidad de amortiguamiento, resistencia estable y constante. • Excelente comportamiento a la abrasión, a la humedad, a los aceites, a los vapores corrosivos y a los numerosos productos químicos. • Estabilidad de las principales características entre -40° y 80° C para las guarniciones de fabricación estándar. Se fabrican guarniciones elásticas para aplicaciones entre -40 y 140° C, referencia HT. • Ausencia de envejecimiento. • Excelente comportamiento y larga duración de la guarnición elástica, en los medios abrasivos, corrosivos, húmedo y todo sin engrase ni mantenimiento. • La vida media de las guarniciones se estima en 25.000 horas. 5—45 Las guarniciones elásticas samiflex se fabrican en tres calidades y cinco durezas, según aplicaciones. CALIDAD ESTÁNDAR ALTA TEMPERATURA ALTA PRESTACIÓN REFERENCIA TEMPERATURA TRABAJO DUREZA COLOR 80 Shore A Claro 90 Shore A Azul 95 Shore A Amarillo HT 95 Shore A Naranja -40/140ϒ C HD 97 Shore A Ocre -40/80ϒ C HDT 97 Shore A Rojo -40/140ϒ C HR 65 Shore D Verde -40/140ϒ C STD -40/80ϒ C Si no se especifica previamente la calidad, el suministro se realiza con guarnición elástica estándar 95 Shore A, color amarillo. Las guarniciones de alta prestación, referencia HD y HDT, color ocre y rojo respectivamente, permiten incrementar el par nominal un 40%. Consultar. La guarnición elástica dispone de tres tipos de alojamientos simétricos. Alojamientos 1, para introducir los tetones del aro de sujeción en montaje horizontal. Alojamientos 2, para introducir los tetones del aro de sujeción en montaje vertical. Alojamientos 3, de utilización opcional, el cual permite introducir, a través de los dos agujeros roscados del aro de sujeción, dos espárragos allen, con objeto de evitar el desplazamiento axial de dicho aro. 5—46 Figura 37 Acoplamiento elástico de resortes tipo Record o Bibby Éste es un acoplamiento totalmente metálico. Está constituido por dos discos, cuyas periferias presentan cierto número de ranuras talladas, que van ensanchándose hacia el centro del acoplamiento Figura 38 5—47 Un resorte en zigzag colocado en las citadas ranuras constituye el elemento flexible. Este muelle está mantenido y protegido por un cárter metálico lleno de grasa especial. Bajo cargas débiles las espiras del resorte no sufren apenas deformación y los puntos de contacto entre ellas y los dientes están en su valor máximo, de esta manera se produce la transmisión elástica entre el elemento conductor y el conducido. Figura 39 A medida que la carga aumenta, se deforma aún más el resorte, mientras que la distancia entre los puntos de apoyo de las espiras disminuye. En este momento el acoplamiento se vuelve más rígido. Bajo el efecto de una sobrecarga, la deformación del resorte es máxima llegando a unirse las láminas con los flancos de los dientes, prácticamente en la periferia de los platos. Estos acoplamientos poseen la capacidad de absorber desalineaciones en todos los sentidos: axiales, radiales y angulares. Al corregir estas desalineaciones no crea reacciones de ningún tipo. Los diámetros exteriores de estos acoplamientos llegan hasta cuatro metros y se pueden permitir juegos axiales, entre las dos mitades, de 4 a 20 mm, según dimensiones, un ángulo de hasta 1° 15' de desviación entre ejes y un desplazamiento radial de hasta 3 mm. 5—48 Figura 40 Para el montaje o desmontaje del resorte no hay necesidad de mover ni el motor ni el elemento accionado. Tiene gran duración, debido a que la presión unitaria sobre cada diente es mínima por el gran número de ranuras. Los gráficos que figuran a continuación dan idea de las medidas a tener en cuenta al efectuar las nivelaciones. Se debe considerar que la distancia a es la medida mínima de separación de discos. Se deberá sumar el posible juego axial de los discos con el eje a dicha medida, durante el montaje, para que siempre se mantengan a una distancia mínima correcta. La separación A y el juego axial «a» se indican en las tablas de características de los acoplamientos. Figura 41 A modo de ejemplo se incluye una tabla de uno de los acoplamientos que actualmente utiliza Arcelor Mittal en sus instalaciones. Éstas y otras tablas se deben completar con la total información sobre todos los mecanismos que han de manipular los equipos de mantenimiento. 5—49 VELOCIDAD MÁX. DIMENSIONES PESO TAMAÑO r.p.m. d d máx. mín. D D1 D2 l1 = l2 min. a b(3) S(4) kg A 88 4.800 25 10 88 66 38 40 1 3 63 2 A 120 3.650 30 15 120 90 56 45 1 3 65 5 A 125 3.650 38 15 120 90 56 45 1 3 65 5 A 155 3.100 50 20 155 120 75 55 1 5 85 8,5 A 175 2.750 60 20 175 142 95 60 1 5 85 12,5 A 195 2.450 70 20 195 162 115 70 1 5 85 17,5 A 230 2.150 75 30 230 195 125 75 1 5 85 25,5 B 280 1.850 80 30 265 211 150 80 1 5 90 37 B 285 1.850 85 40 265 208 135 90 1,5 6,5 130 39 B 310 1.650 90 40 295 233 150 95 1,5 6,5 130 47 B 350 1.450 100 40 335 266 170 100 1,5 6,5 130 68 B 385 1.300 110 50 370 307 190 115 1,5 6,5 130 102 B 430 1.200 125 50 410 344 220 130 1,5 6,5 130 130 C 395 1.100 130 60 395 230 210 135 1,5 6,5 140 126 C 425 1.000 140 70 425 265 230 140 1,5 6,5 140 145 C 480 950 155 80 480 265 260 150 2 8 180 220 C 528 850 170 90 528 295 280 160 2 8 180 275 C 600 800 190 100 600 340 310 180 2 8 180 340 C 705 650 220 110 705 445 360 200 2 8 180 410 D 784 550 260 130 784 500 420 250 2 10 230 590 D 935 500 290 150 935 635 480 270 2 10 230 840 NOTA: los acoplamientos tipo A y B únicamente son aconsejables para transmisiones con un solo sentido de giro. (3) b = Máximo desplazamiaento axial. (4) S = Espacio necesario para el cambio de muelles. Montaje e instrucciones de mantenimiento La alineación de estos acoplamientos es exactamente igual que en otros tipos anteriores. Se seguirán las tolerancias de las tablas. Para alineaciones más precisas será imprescindible hacerlo con reloj comparador como en casos anteriores. Antes de colocar el muelle se limpiarán perfectamente y lubricarán las ranuras para una mejor colocación y con el muelle ya colocado se golpeará éste con martillo de plástico, suavemente para asentarlo perfectamente. Seguidamente se rellenarán los espacios entre y alrededor del muelle con tanta cantidad de grasa como sea posible. 5—50 Figura 42 Figura 43 Estos acoplamientos pueden tener una o dos filas de muelles superpuestos, y éstos, divididos hasta en seis segmentos cada fila. Figura 44 5—51 Figura 45 Antes de colocar las tapas se quitarán los tapones de engrase para facilitar su montaje. Las tapas se deslizarán con los retenes encajados y se posicionarán los agujeros de engrase uno a 180° del otro, en los casos en que se disponga de dos. Los tornillos de las tapas se apretarán de acuerdo al par recomendado por la casa y seguidamente se procede a rellenar de grasa todo el conjunto hasta que salga por el agujero de engrase que está libre. Colocar todos los tapones antes de poner en funcionamiento el sistema. Después de la primera hora de funcionamiento a plena velocidad se debe aplicar una capa extra de relleno a los acoplamientos, sobre todo a los que no se revisan más que de 12 a 15 meses. Periódicamente se deben rellenar con grasa a través de los engrasadores, y en paradas programadas es conveniente abrir las tapas, y además de comprobar la alineación de cubos observar que los muelles reciben un buen engrase contra el desgaste. Cada 12 o 15 meses se debería renovar la grasa, limpiando totalmente la anterior. Como lubricante es recomendable utilizar grasa del tipo EP2. Para el montaje de los cubos del acoplamiento en los respectivos ejes, se puede utilizar prensa, calentar ligeramente con soplete, en baño de aceite o en horno. En el montaje en caliente se hará a una temperatura que oscile entre 100° y 150° C, pero sin sobrepasar nunca los 200°, aunque sea localmente, y, además, se procurará que las juntas de la camisa no apoyen sobre el cubo hasta que se haya enfriado. 5—52 Acoplamiento de banda reforzada de goma Su característica más diferenciable es la banda de goma, reforzada con lona de forma anular, la cual tiene gran elasticidad en la periferia y gran flexibilidad contra los desplazamientos de los ejes. La banda reforzada interiormente se sujeta mediante aros de apriete a las bridas de los cubos de acoplamiento. Según las dimensiones del acoplamiento, se pueden admitir desplazamientos de hasta 4°, traslaciones radiales de los ejes hasta 4 mm, axiales de 8 mm y un ángulo máximo de torsión de unos 28° en grandes acoplamientos, puesto que el acoplamiento se adapta automáticamente por sí solo a cualquier situación de los ejes. Figura 46 5—53 Figura 47 El número de elementos del acoplamiento es muy reducido y su montaje extremadamente fácil. El bandaje de caucho está partido radialmente en un punto de la periferia para permitir reemplazarlo sin necesidad de desacoplar las máquinas, solamente soltando los tornillos de las dos coronas de fijación. Al alinear los ejes con los cubos montados, es de mucha importancia la separación D entre cubos. Los flectores cortados se colocan de manera que las superficies de corte formen una ranura de 2 a 10 mm, según el tamaño del acoplamiento. Al atornillar los aros de presión se hará en tornillos opuestos diametralmente, presionando la llanta ajustada en unos 2/3 aproximadamente del espesor no sujeto. 5—54 Figura 48 Figura 49 Un caso típico de estos acoplamientos es el de la figura 65, el cual se completa con el cuadro siguiente en cuanto a medidas que pueden servir de referencia si no se tienen las del catálogo dado por el fabricante. Este acoplamiento no necesita más mantenimiento que mirar si la banda de goma está agrietada y comprobar en revisiones programadas el apriete de los tornillos. Acoplamientos hidráulicos El uso del acoplador hidráulico permite al motor eléctrico arrancar en vacío y alcanzar rápidamente su velocidad de régimen, por lo que puede aprovecharse su inherente capacidad de sobrecarga para acelerar la máquina accionada. Esto permite, con frecuencia, la utilización de un motor más pequeño. 5—55 Proporciona una aceleración suave y asegura una protección efectiva contra las sobrecargas que actúan sobre el motor y la máquina. El par de arranque, o el de calado, puede ajustarse con gran precisión seleccionando inicialmente el llenado de aceite del acoplador. Posteriores ajustes, de acuerdo con los requerimientos de grupo motriz, pueden realizarse fácilmente in situ. El acoplador hidráulico consta de dos elementos de transmisión de potencia —impulsor y rotor— que tienen un gran número de paletas radiales rectas y una carcasa conteniendo una cantidad medida de aceite. La potencia se transmite del impulsor. Éste actúa como una bomba centrífuga creando una corriente de aceite cuyo caudal pasa al rotor, que funciona como una turbina, formando entre ellos el circuito de trabajo. La corriente de aceite cede la potencia a medida que fluye entre las paletas del rotor y cuando retorna al impulsor se repite el ciclo de nuevo (figura 50). Figura 50 5—56 Inicialmente, estando en reposo el acoplador, se llena con aceite hasta un determinado nivel. Dependiendo del llenado inicial de aceite, el par de arranque disponible, con el motor a velocidad de régimen, puede regularse entre el 150% y el 250% del par nominal del motor. Debido a esto, los acopladores hidráulicos pueden usarse con grandes ventajas en los grupos motrices de máquinas sujetas a grandes esfuerzos de arranque y aquellas que tienen una gran inercia rotacional. Dado que el par transmitido puede ajustarse con precisión variando el llenado inicial de aceite, los acopladores hidráulicos sirven también para limitar el par máximo aplicado a todas aquellas máquinas que estén expuestas a calados bruscos. Una vez resuelta la condición de sobrecarga, el acoplador restablecerá la velocidad normal de funcionamiento de la máquina accionada. No existe conexión mecánica entre los ejes de entrada y salida. El deslizamiento del acoplador es pequeño, dependiendo de la potencia realmente absorbida por la máquina, oscilando entre el 2% el 4%. Tipos de acopladores hidráulicos de llenado constante TJ y HJ Los acopladores hidráulicos de llenado constante tipo TJ y HJ (figura 51) son adecuados para montajes en grupos motrices dispuestos en línea, en los cuales, el peso del acoplador está soportado entre el motor y la máquina accionada. Para facilitar la alineación entre los ejes de ambos, estos tipos de acoplador disponen de un acoplamiento elástico. Se fabrican en 12 tamaños en potencias desde 0,1 a 370 kw Figura 51 5—57 Montaje y alineación del tipo TJ El acoplador hidráulico FLUIDRIVE ESPAÑOL, modelo TJ, consta de las siguientes piezas: • Acoplador hidráulico tipo tracción. • Plato rígido de arrastre. • Acoplamiento elástico. Instalación La forma de instalar el acoplador hidráulico puede verse en la figura 52. Su peso está soportado totalmente por el eje del motor a través del plato rígido de arrastre. En el eje de salida va colocado un acoplamiento elástico que admite una cierta flexibilidad radial y angular. A pesar de este sistema de unión, que permite una ligera desalineación para compensar en parte pequeños defectos de montaje, desgaste de rodamientos, etc., es necesario realizar un montaje y alineamiento cuidadosos, siguiendo las instrucciones que se dan en el apartado correspondiente. También es importante que la bancada soporte del reductor y motor sea de construcción rígida, para evitar deformaciones excesivas al ser fijada sobre una fundación desigual. Figura 52 5—58 El acoplador hidráulico es del tipo TRACCIÓN cuando el circuito de trabajo está constantemente lleno con la cantidad de aceite inicialmente colocada en su interior. Sus principales componentes son: • Entrada: plato rígido de arrastre, impulsor y carcasa. • Salida: rotor, eje y acoplamiento elástico. El impulsor, rotor y carcasa son de aluminio aleado. El eje del rotor está soportado con cojinetes de bolas y rodillos en la carcasa e impulsor, respectivamente. Como ya se indicó no existe conexión mecánica entre impulsor y rotor. El acoplamiento hidráulico se llena con un aceite mineral fluido, actuando el impulsor durante el funcionamiento como una bomba centrífuga, transmitiendo potencia por medio de la energía cinética del aceite al rotor, que actúa como turbina. Mantenimiento Llenado de aceite. El acoplador hidráulico debe llenarse con aceite mineral fluido de baja viscosidad, recomendándose el uso del HIDRAULIC 150. Debe tenerse especial cuidado en no añadir aceite de diferente calidad al que contiene el acoplador, es decir, no usar nunca una mezcla de aceites. Para llenar el acoplador, se quita uno de los tapones de llenado y el orificio de llenado se coloca formando un ángulo con la vertical, tal como se indica en la figura 75. Se introduce el aceite frío hasta que su nivel alcance el agujero de llenado. Colocando el acoplador en posición angular se comprueba que se ha introducido la cantidad de aceite correcta. Colocar el tapón con su arandela y apretarlo moderadamente. 5—59 Las cantidades aproximadas de aceite de los diferentes tamaños de acoplador son las siguientes: La cantidad precisa de aceite depende del ángulo colocado. Se recomienda cambiar totalmente el aceite cada 8.000 horas de funcionamiento aproximadamente. Las características par/velocidad y calado pueden ajustarse entre amplios límites, aumentando o disminuyendo la cantidad de aceite inicial colocado en el acoplador; no obstante, debe consultarse al fabricante, antes de adoptar algún cambio considerable en el llenado. También puede modificarse el par variando el tamaño del defector (ver figura 50). Figura 53 Mantenimiento periódico Tapón fusible. El impulsor lleva incorporado un tapón fusible, según se ve en la figura 54. La finalidad de este tapón es salvaguardar adicionalmente el motor y prevenir un sobrecalentamiento en el caso de un calado muy prolongado y fallo del relé de sobrecarga del motor. 5—60 Figura 54 El tapón contiene una aleación fusible que funde a una temperatura establecida y permite el escape del aceite del acoplador, eliminando la carga del motor y permitiendo a éste girar en vacío (generalmente 182° C). Es necesario diseñar la protección colocada sobre el acoplador de forma que el escape de aceite sea dirigido hacia abajo. Una vez eliminada la causa de la obstrucción y comprobada la razón del fallo del relé de sobrecarga del motor, es necesario colocar un nuevo tapón fusible y rellenar el acoplador con aceite limpio, poniendo el ángulo recomendado de llenado antes de arrancar de nuevo. Se suministra un tapón fusible de repuesto, que va atornillado en el cubo de arrastre para su fácil reemplazamiento en el impulsor. Comprobación del grado de apriete de los tornillos. El grado de apriete de los tornillos de arrastre debe comprobarse después de unas semanas de funcionamiento del acoplador. Al mismo tiempo debe comprobarse también el alineamiento. Comprobación del grado de apriete de los tornillos. Una vez al año, estando el acoplador frío, se quita un tapón de llenado y se coloca el orificio formando el ángulo adecuado para comprobar que el nivel de aceite es correcto. En caso necesario, añádale aceite hasta alcanzar el nivel. 5—61 RODAMIENTOS Rodamientos 1. Tipos y características de los rodamientos 2. Datos generales de los rodamientos 3. Aplicación general de los rodamientos 4. Lubricación y mantenimiento 5. Soportes 6. Averías de rodamientos y sus causas 6—3 Rodamientos 1 Tipos y características de los rodamientos Generalidades La mayoría de las máquinas y mecanismos utilizan, en sus giros y movimientos, elementos que reduzcan rozamientos y faciliten el deslizamiento de las piezas que se han de mover. Aunque en algunos casos se utilizan cojinetes de fricción, está más generalizado el uso de los rodamientos por las ventajas que sobre aquéllos tienen. El rodillo de la figura 1 tiene dos manguetas sobre bloques de madera. Cada mangueta está apoyada en una ranura semicilíndrica. Las manguetas se deslizan en las ranuras, que se designan cojinetes lisos. El rodillos está soportado por lo tanto, por dos cojinetes lisos. Figura 1 Si los bloques de madera son diseñados en la forma que muestra la figura 2, con bolas o rodillos interpuestos entre la mangueta y el bloque, la mangueta rodará sobre las bolas o rodillos. Evidentemente el deslizamiento es reempla6—4 zado por rodadura, y se puede decir que se ha llegado al cojinete de rodadura o rodamiento. Un posterior desarrollo del rodamiento sería la inserción de aros de acero al exterior y en el interior del conjunto de las bolas o rodillos (figura 3). Los elementos rodantes, como se denomina las bolas o rodillos rodarán entre los aros interior y exterior. Figura 2 Figura 3 El rodamiento consta de un aro EXTERIOR, ELEMENTOS RODANTES Y ARO INTERIOR. Las superficies de los aros sobre las que ruedan los elementos rodantes se denominan caminos de rodadura. Al rodamiento que se está formando solamente nos falta colocarle la jaula, figura 4, que mantiene los elementos rodantes en el rodamiento y los separa para que no deslicen uno contra otro. Figura 4 Las figuras representadas han servido para mostrar que hay dos tipos principales de cojinetes: los cojinetes lisos y los rodamientos. 6—5 Los rodamientos se clasifican como rodamientos de bolas o de rodillos dependiendo del tipo de elemento rodante que soporte la carga. Como las bolas en los rodamientos de bolas soportan la carga a través de un área de contacto muy pequeña (contacto puntual), estos rodamientos no pueden ser sometidos a cargas tan pesadas como los rodamientos de rodillos (contacto lineal). En contrapartida la fricción en los rodamientos de bolas es menor que en los de rodillos (figura 5). Figura 5. La presión que resulta al aplicar una misma carga sobre los elementos rodantes es menor sobre la pista donde rueda el rodillo al ser mayor la superficie de contacto En los rodamientos de rodillos se utilizan rodillos cilíndricos, esféricos o cónicos, de los cuales toman los rodamientos su denominación, si bien en el caso de rodillo esféricos preferimos utilizar la denominación de rodamientos de rodillos a rótula (figura 6). La cuestión de cuándo utilizar rodamientos de bolas y cuándo de rodillos no es fácil de contestar. Figura 6 6—6 Generalmente los rodamientos de bolas se emplean cuando han de estar sometidos a cargas ligeras o medias y los rodamientos de rodillos cuando las cargas son medias o pesadas. Citaremos algunos ejemplos: los rodamientos de bolas se utilizan en cubos de ruedas de bicicletas y motocicletas —cargas ligeras— mientras en los cubos de rueda de camiones —cargas pesadas— se montan rodamientos de rodillos. En los cubos de ruedas de turismos, por estar sometidos a cargas medias, se utilizan indistintamente rodamientos de bolas o de rodillos. Clasificación de rodamientos según las cargas que soportan Los tipos de rodamientos diseñados para soportar cargas que actúan transversalmente sobre el eje tales como los rodamientos de cubos de ruedas, se denominan RODAMIENTOS RADIALES (figura 7). Los rodamientos diseñados para soportar cargas que actúan en la dirección del eje se denominan RODAMIENTOS AXIALES (figura 8). Figura 7 Figura 8 Un rodamiento axial se puede utilizar para transmitir el empuje de la hélice que impulsa un barco. Los principales tipos de rodamientos radiales permiten la actuación de cargas combinadas, es decir, con componentes radial y axial. 6—7 Los diez tipos básicos de rodamientos de bolas y de rodillos que se fabrican en la actualidad fueron desarrollados hacia 1930. Desde entonces no ha habido cambios fundamentales en el diseño, aunque si numerosas mejoras de características internas, sobre todo en los últimos años, encaminadas a optimizar las dimensiones de elementos rodantes y caminos de rodaduras, para obtener la máxima capacidad de carga posible. Rodamientos radiales: • Rígidos de bolas. • De bolas contacto angular. • De bolas a rótula. • De rodillos cilíndricos. • De agujas. • De rodillos cónicos. • De rodillos a rótula. Rodamientos axiales: • De bolas. • De bolas de contacto angular. • De rodillos a rótula. Tipos de rodamientos y características Rodamiento rígido de bolas Es, indudablemente, el tipo más común. Las bolas son relativamente grandes y los caminos de rodadura en los aros son ranuras de sección circular. Esto permite al rodamiento soportar cargas radiales y axiales. Pueden funcionar a alta velocidad y requieren muy poca lubricación y supervisión (figura 9). 6—8 Los rodamientos rígidos de bolas se fabrican también con placas de obturación o de protección sobre uno o ambos lados (figura 10). La placa de obturación/protección está asegurada en una ranura en el aro exterior y evita la entrada de materia extraña en el rodamiento. Los rodamientos con dos obturaciones/protecciones llevan incorporada una cantidad de grasa y no requieren relubricación, por lo que frecuentemente se les denomina RODAMIENTOS LUBRICADOS POR VIDA. Las grasas utilizadas son diferentes, dependiendo del intervalo de temperatura a que ha de funcionar el rodamiento. Figura 9 Figura 10 Según la fabricación y las denominaciones SFK, se usan varios tipos de obturación/protección (figura 11). La más simple es la protección Z, que se engarza dentro de la ranura del aro exterior y forma un intersticio estrecho con un rebaje en la cara lateral del aro interior. Una variante más reciente es la protección LZ, con la cual el intersticio estrecho está formado entre la protección y el diámetro exterior del aro interior. La protección Z será sustituida por la LZ pero los rodamientos se continuarán marcando con la letra Z. Figura 11 6—9 La obturación tipo RS consiste en una chapa de acero con un tejido vulcanizado que roza en una ranura del aro interior, por lo que también se la denomina obturación de contacto. La obturación RS protege el rodamiento mejor que la placa Z, pero la fricción del labio de la obturación con el aro interior disminuye el límite de velocidad en 113. El tejido vulcanizado utilizado en las obturaciones RS permite temperaturas de hasta 80° C (figura 12). La obturación RS1 es una mejora de la obturación RS y consta de un soporte de chapa con caucho-nitrilo moldeado sobre ella. Esta obturación permite un funcionamiento continuo a temperaturas de -20°C a 100°C. La obturación RS2 consta de un soporte de chapa con caucho fluorado moldeado sobre ella. Las obturaciones RS2 permiten un funcionamiento continuo a temperaturas de 30°C a 180°C. Figura 12 Figura 13 También se dispone de rodamientos rígidos de bolas con ranura para anillo elástico de fijación, con el cual se simplifica la fijación axial del rodamiento (figura 14). Figura 14 6—10 El ventilador de la figura 15 está montado sobre dos rodamientos rígidos de bolas en ejecución z. En esta aplicación las protecciones z cumplen la función de evitar que la grasa, introducida por las boquillas de lubricación, se acumule entre los dos rodamientos, donde no seria de ninguna utilidad. Figura 15 Los rodamientos tipo magneto difieren de los rígidos de bolas en que el aro exterior solamente tiene un respaldo. Con esta ejecución pueden disponerse los rodamientos de manera que el eje tenga un pequeño juego axial. El aro exterior es desmontable, por lo que puede calarse en su alojamiento independientemente del resto de los componentes aro interior, bolas y jaula) (figura 16). Figura 16 6—11 Los rodamientos v son rodamientos rígidos de bolas de diseño especial (figura 16). La forma esférica de la superficie del aro exterior permite, en combinación con un alojamiento adecuado, la compensación de desalineaciones iniciales del eje, que pueden tener lugar en el montaje. Los rodamientos v generalmente tienen el aro interior alargado con dispositivos de fijación sobre el eje. Las tolerancias del agujero del aro interior se han elegido de forma que permiten el montaje de los rodamientos sobre ejes fabricados con tolerancias de relativa amplitud. Se aplican estos rodamientos en maquinaria en la que los requerimientos de precisión de rotación no son muy estrictos (transportadores, maquinaria agrícola, etc.). Los rodamientos están fabricados con la misma precisión que los rígidos de bolas, siendo el sistema de fijación sobre el eje el que no permite la misma precisión de funcionamiento. Rodamientos rígidos de dos hileras de bolas Tienen un gran número de bolas por hilera (figura 17). Esto es posible gracias a la escotadura para inserción de las bolas. Su gran número de bolas da a estos rodamientos una alta capacidad radial de carga, pero en contrapartida su capacidad axial es baja a consecuencia de la escotadura de llenado. Los rodamientos rígidos de dos hileras de bolas no son tan versátiles como los de una hilera, por lo que su fabricación es más reducida. Figura 17 6—12 Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular Tienen gran semejanza con los rígidos de bolas (figura 18). La diferencia estriba en que los centros de los caminos de rodadura de cada aro no se encuentran sobre un mismo plano. Estos rodamientos pueden soportar en un sentido cargas axiales mayores que las que podrían soportar los rígidos de bolas, sin embargo no pueden ser cargados en el sentido axial contrario por carecer de respaldos en una de las caras de cada aro. Figura 18 Los rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular se montan frecuentemente emparejados. Pueden emparejarse espalda contra espalda, cara contra cara o en tándem. Para poder realizar estos montajes las caras laterales de los aros se rectifican de una forma especial, que permite obtener un juego interno y una distribución de cargas correctas (figura 19). Figura 19 Figura 20 6—13 La designación de los rodamientos que pueden montarse emparejados lleva un sufijo especial de identificación. Los rodamientos de bolas de contacto angular con el sufijo a tienen un ángulo de contacto de 40°. El sufijo C indica un ángulo de contacto de 15°. Rodamientos de bolas de cuatro puntos de contacto Son rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular cuyos caminos de rodadura se han dispuesto para soportar cargas axiales en ambos sentidos. Tienen el aro interior en dos piezas, figura 21, lo que permite montarlos con gran número de bolas. Su capacidad de carga es alta y funcionan mejor bajo carga axial predominante. Por su diseño desmontable, el aro exterior y su conjunto de bolas pueden ser montados en la aplicación independientemente del aro interior. Figura 21 Rodamiento de dos hileras de bolas con contacto angular Tiene características similares a dos rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular dispuestos espalda contra espalda. Algunas aplicaciones montan solamente un rodamiento de dos hileras de bolas con contacto angular. El cubo de rueda de algunos automóviles puede ser citado como ejemplo de tal aplicación con rodamiento único. El rodamiento de dos hileras de bolas con contacto angular también se fabrica con el aro interior en dos piezas. 6—14 Rodamiento de bolas a rótula Fue diseñado por el fundador de SKF, Sven Wingquist, y fue el primer tipo de rodamiento producido por la compañía. En aquel tiempo había una gran necesidad de rodamientos que permitieran desalineaciones entre eje y alojamiento. El rodamiento de bolas a rótula resolvió este problema y fue el medio por el que SKF obtuvo rápidamente renombre mundial. El rodamiento tiene dos hileras de bolas que ruedan en el aro exterior sobre un camino de rodadura esférico común a ambas hilera,.figura 22. Esto es lo que da al rodamiento su propiedad de autoalineación, lo cual significa que el rodamiento compensa los desplazamientos angulares del eje respecto del alojamiento, tanto si proceden de flexiones del eje, como asentamiento de soportes, o errores de montaje. El desplazamiento angular permisible varia de 1,5° a 3°, según el tamaño y serie de los rodamientos. Los rodamientos pueden soportar cargas radiales y ligeras cargas axiales. Figura 22 Figura 23 Los rodamientos de bolas a rótula son muy adecuados para aplicaciones donde el eje está sustentado por dos rodamientos montados en soportes independientes, pues no es posible alinear los dos soportes con la precisión suficiente para evitar la sobrecarga de los rodamientos a causa de los momentos flectores, que aparecerían como consecuencia de la desalineación, si se utilizaran rodamientos rígidos de bolas (figura 23). Anteriormente se ha establecido que en aplicaciones con cargas pesadas deben utilizarse rodamientos de rodillos. Para los casos en que, en estas aplicaciones, se necesita6—15 ban rodamientos autolineables, se diseñaron los rodamientos de rodillos a rótula. Rodamiento de rodillos a rótula Tienen dos hileras de rodillos, que ruedan sobre un camino de rodadura común y esférico en el aro exterior (figura 24). Figura 24 Figura 25 Estos rodamientos se hacen según dos diseños principales: el diseño original utiliza rodillos asimétricos guiados por una pestaña central integrada en el aro interior. El diseño más reciente lleva rodillos simétricos y la pestaña guía no está integrada al aro interior. Este último se conoce como diseño C. Pueden soportar cargas radiales y axiales. La propiedad de autoalineación de los rodillos a rótula se aprovecha para compensar errores de alineación y flexiones del eje. En algunos casos también se utiliza para permitir movimientos predeterminados del eje. Ejemplos de esto último son algunas disposiciones de rodamientos en ejes de ferrocarril, en los que los alojamientos se inclinan como consecuencia del sistema de suspensión empleado, cuando el vagón entra en las curvas. La desalineación angular permisible con rodamientos de rodillos a rótula varía de 1 ° a 2,5°, dependiendo de la serie de rodamiento utilizada. 6—16 Muchos rodamientos de rodillos a rótula se fabrican con agujero cónico, lo cual facilita su montaje y desmontaje en la aplicación. Se montan sobre manguitos de fijación, manguitos de desmontaje, o directamente sobre asientos cónicos realizados en el eje. La caja de engrase de esta figura, correspondiente a un vagón de ferrocarril, lleva un rodamiento de rodillos a rótula con agujero cónico aplicado sobre un manguito de montaje (figura 26). Figura 26 Figura 27 Rodamientos de rodillos cilíndricos Los rodillos son guiados entre dos pestañas integradas en uno de los dos aros figura 27). El aro con pestaña y los rodillos son mantenidos juntos por la jaula, formando un conjunto sobre el que puede montarse y desmontarse el otro aro. Esta característica facilita en ciertos casos el montaje o desmontaje de los rodamientos de rodillos cilíndricos en la aplicación. Son adecuados para soportar cargas radiales pesadas y tienen una limitada capacidad para soportar cargas axiales, debido a que las cabezas de los rodillos deslizan contra las pestañas bajo la acción de los esfuerzos axiales. Los rodamientos de una hilera de rodillos cilíndricos se fabrican en diversas ejecuciones, que difieren en la disposición de las pestañas (figura 28). 6—17 Si las cargas axiales actúan en un solo sentido se utiliza la ejecución con tres pestañas (Ni); si actúan en los dos sentidos se añade un aro angular HJ (NJ+HJ) o se emplea un rodamiento con pestaña postiza (NUP). Figura 28 Rodamientos de dos hileras de rodillos cilíndricos Se emplean en husillo de máquinas herramientas y en laminadores. Los rodamientos para husillos de máquinas herramientas son de precisión superior a los rodamientos normales (figura 29). Figura 29 Figura 30 Rodamiento de cuatro hileras de rodillos cilíndricos Son utilizados en aplicaciones con fuertes cargas, tales como laminadores y locomotoras (figura 30). 6—18 Rodamientos de agujas Son, desde el punto de vista del diseño, muy semejantes a los rodamientos de rodillo cilíndricos (figura 31). Las dimensiones de los rodillos y el sistema de su guiado son las características que diferencian a estos tipos de rodamientos. El diámetro de las agujas es pequeño, generalmente de 1,5 a 5 mm y su longitud es normalmente 2,5 veces su diámetro. El diámetro de los rodillos cilíndricos es considerablemente mayor y la relación longitud/diámetro varia entre 1 y 1,6. Figura 31 Los rodamientos de agujas son particularmente adecuados para aplicaciones con escaso espacio radial. Si dicho espacio es muy pequeño pueden aplicarse sin aro interior o solamente el conjunto de jaula y agujas, sin aros, que rodarán sobre las superficies endurecidas del propio alojamiento y del eje. 6—19 Casquillos de agujas Son la combinación de un conjunto de jaula de agujas con un aro exterior de chapa embutida (figura 32). La jaula es también, frecuentemente, de chapa embutida, o de plástico reforzado con fibra de vidrio. Los casquillos de agujas tienen la mayoría de las ventajas de las jaulas de agujas y, por su escasa sección radial, son adecuados para las aplicaciones donde los conjuntos de jaulas con agujas no pueden utilizarse por dificultades de endurecimiento del camino de rodadura en el alojamiento. Figura 32 Rodamientos de rodillos cónicos Son utilizados en gran número de aplicaciones y, en particular, en la industria del automóvil (figura 33). En los rodamientos de rodillos cónicos la resultante de la carga sobre los rodillos forma un ángulo con el eje del rodamiento. Por ello son particularmente adecuados para soportar cargas combinadas (radial y axial). Son rodamientos desmontables, es decir, el aro exterior (copa) y el aro interior con la jaula y los rodillos (cono) pueden ser montados en la aplicación por separado. Los rodamientos de rodillos cónicos se aplican siempre por parejas, debido a que sólo pueden soportar carga axial en un sentido. A consecuencia de la superficie cónica de sus caminos de rodadura aparecen siempre cargas axiales inducidas cuando actúa sobre el rodamiento una carga radial. 6—20 Figura 33 Rodamientos axiales de una hilera de bolas Constan de tres partes separables: las bolas mantenidas en posición por la jaula y dos arandelas con ranuras de escasa profundidad, que constituyen los caminos de rodadura (figura 34). La arandela de eje tiene un agujero algo menor que el de la arandela de alojamiento y ésta un diámetro exterior algo mayor que el correspondiente a la arandela de eje. Pueden soportar cargas axiales en un solo sentido y no pueden soportar cargas radiales. Los rodamientos axiales de bolas no deben utilizarse en combinación con cojinetes lisos, pues el funcionamiento aumenta la holgura de estos últimos y aparecerían cargas radiales sobre el rodamiento axial de bolas, lo que provocaría su avería prematura. Figura 34 6—21 Rodamientos axiales de bolas de contacto angular Tienen dos hileras de bolas y pueden soportar cargas axiales en ambos sentidos. Pueden funcionar a velocidades más altas que los rodamientos axiales de una hilera de bolas (figura 35). Figura 35 Los rodamientos axiales de dos hileras de bolas se usan, principalmente, combinados con rodamientos de dos hileras de rodillos cilíndricos, sobre husillos de máquinas herramientas. Rodamientos axiales de rodillos a rótula Se utilizan para soportar fuertes cargas axiales (figura 36). El camino de rodadura esférico del aro exterior da a este rodamiento su propiedad de autoalineación. Estos rodamientos también pueden soportar fuertes cargas radiales. Se fabrican en dos ejecuciones, con jaula mecanizada o con jaula de chapa embutida. Esta última ejecución se identifica mediante el sufijo B. Figura 36 6—22 Los rodamientos axiales de rodillos a rótula se utilizan en muchas aplicaciones como puentes giratorios, grúas, ejes de propulsión de barcos y turbinas. El eje del generador vertical de la figura está soportado por un rodamiento de rodillos a rótula y un rodamiento axial de rodillos a rótula. En este caso el rodamiento axial de rodillos a rótula también soporta cargas radiales. Rodamientos con agujero cónico Algunos tipos de rodamientos, como los de bolas y rodillos a rótula, se hacen en una variante con agujero cónico (figura 37). Figura 37 En los casos de rodamientos de pequeño y mediano tamaño el cono es de 1 a 12. En los grandes rodamientos, de 1 a 30. Los rodamientos con agujero cónico pueden montarse sobre manguitos de fijación, sobre manguitos de desmontaje o directamente sobre un asiento cónico en el eje. 6—23 Manguitos de fijación El manguito de fijación es un casquillo hendido que se coloca sobre el eje. El manguito tiene una superficie exterior cónica para asiento del rodamiento y un extremo roscado para recibir la tuerca de fijación (figura 38). Figura 38 La tuerca se utiliza para calar el rodamiento sobre la superficie cónica del manguito con lo que este último se aprieta firmemente sobre el eje. La tuerca se mantiene en posición mediante una arandela de retención. Cuando la tuerca ha sido apretada, una de las patillas exteriores de la arandela se dobla dentro de una de las ranuras de la tuerca. La patilla interior de la arandela se acopla en la ranura del manguito impidiendo el giro de la arandela de retención y de la tuerca. 6—24 El manguito de fijación se emplea, generalmente, cuando los rodamientos se montan sobre ejes macizos. Facilitan el montaje y desmontaje de los rodamientos, por lo que se usan con frecuencia en disposiciones simples de rodamientos en soportes normalizados (figura 39). Figura 39 Los tipos de rodamientos usados más frecuentemente sobre manguitos de fijación son los de bolas a rótula y los de rodillo a rótula, pero otros tipos de rodamientos, como los rígidos de bolas, se pueden montar también sobre manguitos de fijación. Los manguitos, además de facilitar el montaje y desmontaje, también hacen posible el uso de ejes fabricados con tolerancias relativamente amplias, pero los rodamientos montados sobre manguitos de fijación no pueden emplearse para aplicaciones de precisión. 6—25 Rodamientos 2 Datos generales de los rodamientos Dimensiones y designaciones básicas Con el fin de reducir costos y aumentar la calidad e intercambiabilidad de los rodamientos la Organización Internacional de Normalización (ISO) ha establecido planes de dimensiones para rodamientos. El plan de dimensiones ISO incluye, para cada diámetro normalizado del agujero, varias series de diámetros exteriores y distintas series de anchuras. Salvo excepciones de poca importancia, los rodamientos normalizados que se relacionan en los catálogos de los fabricantes pueden resolver, en su gran mayoría, todos los problemas que se presenten en mantenimiento. Cada rodamiento estándar tiene una designación básica, que normalmente se compone de tres, cuatro o cinco cifras o de una combinación de letras y cifras. El gráfico que sigue ilustra el sistema de designación básica para la mayoría de los tipos comunes de rodamientos. 6—26 Las tres dimensiones principales de un rodamiento se indican en la figura 40. Figura 40 6—27 6—28 Las cifras (o letras y cifras) identifican, en orden, lo siguiente: • La primera cifra en la designación básica o, alternativamente la primera letra o combinación de letras, indica el tipo de rodamiento; esta cifra puede ser reemplazada por una letra o combinación de letras. En el diagrama de la página anterior y en el texto que le acompaña se pueden ver los tipos de rodamientos identificados por estas designaciones. • Las cifras segunda y tercera indican la serie de dimensiones (según ISO); la primera indica la anchura o altura (a o r para ancho, y H para alto), y la otra la serie de diámetro (D). • Las dos últimas cifras de la designación básica indican al multiplicar por cinco, el diámetro del agujero d en mm. • Algunas veces se omite la cifra que indica el tipo de rodamiento y/o la primera cifra de la serie de dimensiones. Las cifras omitidas se indican entre paréntesis en la ilustración. Para los rodamientos con un diámetro menor de 10 mm, o igual o mayor de 500 mm, el diámetro del agujero se indica en milímetros y está separado del resto de la designación básica por una barra inclinada; por ejemplo, 61818 (d = 8 mm) o 5111530 (d = 530 mm). El mismo sistema también se aplica a rodamientos de las series de dimensiones iso con un diámetro de agujero de 22, 28 o 32 mm; por ejemplo, 322128 (d = 28 mm). Los rodamientos con agujeros de 10, 12, 15 ó 17 mm se identifican así: 00 = 10 mm 01 = 12 mm 02 = 15mm 03 = 17mm En el caso de ciertos rodamientos rígidos de bolas, de bolas a rótula y de bolas con contacto angular con diámetros de agujero menores de 10 mm, el diámetro interior está dado también en milímetros, pero directamente después de las dos primeras cifras; por ejemplo, 629 o 129 (d = 9 mm). 6—29 Un diámetro de agujero no estándar se expresa siempre en milímetros y con un máximo de tres cifras decimales. Esta identificación pertenece a la designación básica y está separada de la designación normal por una barra inclinada; por ejemplo 6.202115,875 (d = 15,875) mm en lugar de los 15 mm normalizados). Juego interno de rodamientos Generalmente uno de los dos aros del rodamiento tiene que ser montado con aprieto en su asiento y algunas veces los dos aros. Esto se consigue haciendo que el diámetro del asiento en el eje sea ligeramente mayor que el diámetro del agujero del aro interior y/o el alojamiento ligeramente menor que el diámetro exterior del aro exterior. En una cierta extensión, el aro interior se dilata y/o el exterior se comprime por el calado en sus respectivos asientos (figura 41). Consecuentemente, cuando el rodamiento esté montado en su aplicación, disminuirá el espacio disponible para los elementos rodantes y esto tiene que tenerse en cuenta en la fabricación del rodamiento. Figura 41 Figura 42 6—30 El rodamiento tiene que tener cierto juego interno que evita que los elementos rodantes queden comprimidos entre los caminos de rodadura cuando el rodamiento se monta en su aplicación (figura 42). El juego interno de un rodamiento se define como la amplitud total, medida sin carga, del movimiento de un aro con relación al otro en dirección radial (juego radial interno) o en dirección axial (juego axial interno). El juego radial interno es un factor muy importante para obtener prestaciones satisfactorias de un rodamiento (figura 43). Es necesario distinguir entre el juego interno de un rodamiento antes del montaje y el juego en funcionamiento, o sea, el juego radial de un rodamiento montado y sometido a las condiciones reales de trabajo. El juego radial de un rodamiento antes del montaje es, en general, superior al que tendrá en servicio. Esta disminución del juego se debe principalmente a la expansión del aro interior o a la contracción del aro exterior cuando se montan con ajuste de apriete, y también a la diferente dilatación térmica del rodamiento y los componentes asociados. Figura 43 El juego radial es un factor de gran importancia para el comportamiento satisfactorio de un rodamiento. El juego de un rodamiento de bolas deberá ser casi nulo, como regla general, cuando el mismo está montado; incluso puede ser conveniente una ligera precarga. No obstante, para los ro6—31 damientos de rodillos cilíndricos y de rodillos a rótula, deberá conservarse generalmente cierto juego radial, aunque pequeño, en condiciones normales de funcionamiento. Esto es también válido para los rodamientos de rodillos cónicos, excepto en el caso en que la disposición requiera gran rigidez; por ejemplo, en un piñón de diferencial, los rodamientos de rodillos cónicos se montan con una cierta precarga. Figura 44 El juego normal de un rodamiento es tal que, con los ajustes generalmente aplicados, y en condiciones normales de funcionamiento, queda un juego adecuado cuando el rodamiento está en servicio. Para otras condiciones, por ejemplo cuando se montan ambos aros con ajuste fuerte, o cuando las temperaturas son excepcionales deberán seleccionarse rodamientos con juego radial mayor o menor que el normal. Entonces conviene verificar el juego que queda después del montaje. Los rodamientos con juego interno diferente al normal se identifican por los sufijos C1 a C5. C1 Juego menor que C2 C2 Juego menor que normal C3 Juego mayor que normal C4 Juego mayor que C3 C5 Juego mayor que C4 6—32 Rodamientos 3 Aplicación general de los rodamientos La aplicación de rodamientos en componentes de máquinas se puede resolver de diversas formas. Es práctica normal utilizar un par de rodamientos, separados una cierta distancia, que pueden ser montados en un soporte común o en soportes independientes (figura 45). Figura 45 La elección se hace en base al diseño de la máquina y posibilidad de empleo de soportes normalizados. La mayoría de los soportes normalizados están preparados para montar un solo rodamiento, aunque también se fabrican soportes normalizados para dos rodamientos, pero son menos frecuentes. Si se pueden utilizar soportes normalizados el cliente queda libre de los problemas que representa el diseño de los componentes asociados al rodamiento. 6—33 En cierta maquinaria, como las cajas de engranajes, los rodamientos se montan directamente en el bastidor. En tales casos el fabricante de la máquina tiene que diseñar y fabricar las tapas, tuercas, retenes y dispositivos de lubricación (figura 46). En la mayoría de las aplicaciones los ejes giran, pero a veces otros componentes de la máquina giran alrededor de un eje estacionario. Este es, frecuentemente, el caso de rodillos y ruedas locas (figura 47). Figura 46 Figura 47 Fijación axial de los rodamientos en el eje Hay diferentes formas de fijar el rodamiento al eje (figura 48). Los rodamientos con agujero cilíndrico normalmente se montan contra el respaldo y se mantienen en posición mediante una tuerca o un anillo elástico de fijación introducido en una ranura realizada en el eje, junto al rodamiento. Para montar y desmontar los anillos elásticos se utilizan alicates especiales. Si el eje carece de respaldo, pueden utilizarse dos anillos elásticos para mantener el rodamiento en posición. Figura 48 6—34 Los rodamientos con agujero cónico se mantienen en posición por el aprieto del manguito contra el eje a consecuencia del calado del rodamiento sobre el asiento cónico del manguito de fijación. Los manguitos de fijación se usan, generalmente, sobre ejes macizos (figura 49). Al realizar el calado del rodamiento se provoca una dilatación del aro interior y como consecuencia una reducción del juego interno y esta reducción es un índice que nos permite conocer si el rodamiento está firmemente asegurado en su posición (figura 50). Figura 49 Figura 50 Los rodamientos sobre manguitos de desmontaje siempre deben montarse contra un respaldo del eje. El manguito se cala entre el aro interior y el eje impulsado mediante una tuerca roscada al propio eje, y que después de realizar el calado se deja montada para mantener el manguito en posición correcta (figura 51). Los rodamientos con agujero cónico también pueden montarse directamente sobre un asiento cónico del eje y entonces no es necesario el respaldo (figura 52). Figura 51 Figura 52 6—35 Fijación del aro exterior Los aros exteriores pueden ser axialmente mantenidos en posición por medio de pestañas de respaldo, frentes de tapas, tuerca o anillos elásticos de retención, figura 53. Figura 53 Ajustes y tolerancias Como ya se indicó, el eje debe ser ligeramente más grande que el agujero del rodamiento, si se quiere asegurar firmemente el rodamiento en su asiento. Análogamente, el diámetro del alojamiento debe ser algo menor que el diámetro exterior del rodamiento si se desea una buena fijación de su aro exterior (figura 54). Figura 54 6—36 Estos ajustes se conocen como AJUSTES DE INTERFERENPor el contrario, el montaje de los aros sin aprieto en sus asientos se denomina ajuste libre o flojo. CIA O DE APRIETO. El montaje de rodamientos seria más fácil con ajuste flojo sobre ambos aros, pero generalmente uno u otro aro tienen que ser montados con aprieto. Si el grado de aprieto es insuficiente el aro correspondiente deslizará en su asiento provocando daños por arrastre de material a causa de la fricción. Obturaciones Los rodamientos deben estar protegidos mediante obturaciones adecuadas, para evitar la entrada de humedad y de otros contaminantes, y la pérdida de lubricante. La eficacia de una obturación puede tener una influencia decisiva en la duración del rodamiento. La decisión sobre la mejor obturación para una aplicación determinada ha de tomarse considerando muchos factores, por ejemplo, el tipo de lubricante (aceite o grasa), la velocidad periférica en la superficie de obturación, la posible desalineación del eje, el espacio disponible, el rozamiento de la obturación y el consiguiente aumento de su temperatura, el coste, etc. Refiriéndose a obturaciones de rodamientos, hay que distinguir entre obturaciones integradas en el rodamiento y las que se colocan en su exterior sin formar parte del mismo. Normalmente se usan dos tipos básicos de obturación para rodamientos: las obturaciones no rozantes (sin contacto) y las rozantes (con contacto). 6—37 Obturaciones no rozantes Las obturaciones no rozantes (figura 55) están basadas en las posibilidades de obturación de los espacios estrechos, que pueden estar dispuestos axialmente, radialmente o combinados para formar un laberinto. Este tipo de obturación tiene un rozamiento y desgaste insignificantes. Además no es fácil que llegue a dañarse. Resultan particularmente adecuadas para altas velocidades y elevadas temperaturas. Figura 55 6—38 La obturación de tipo más sencillo, que es suficiente para máquinas en una atmósfera seca y exenta de polvo, comprende un estrecho espacio radial formado entre el eje y el alojamiento (figura 55a). Puede mejorarse su eficacia disponiendo una o más ranuras en el agujero de la tapa del alojamiento (figura 55b). La grasa que sale por el espacio llena las ranuras y contribuye a evitar la entrada de contaminantes. Si se emplea lubricación por aceite en un eje horizontal, pueden disponerse ranuras helicoidales en sentido a derechas o a izquierdas, en el eje o en el agujero (figura 55c). Estas ranuras sirven para hacer retornar el aceite que tienda a escaparse. Con esta disposición es esencial que no varíe el sentido de rotación. Los laberintos simples o múltiples proporcionan una obturación sensiblemente más eficaz que el dispositivo arriba citado; sin embargo, son de fabricación más costosa. Se usan principalmente cuando la lubricación es con grasa. Se puede mejorar su eficacia todavía más, disponiendo un conducto de grasa que comunique con el laberinto, e introduciendo a presión por el mismo, periódicamente, cierta cantidad de grasa insoluble en agua, por ejemplo, una grasa de base cálcica. En los alojamientos enterizos se usan laberintos axiales (figura 55d), y en los partidos laberintos radiales (figura 55e). La holgura radial en los laberintos no es afectada por el desplazamiento axial del eje durante el funcionamiento, por lo cual puede ser muy pequeña. Cuando pueda presentarse desalineación angular del eje con relación al alojamiento, se usan normalmente laberintos de la forma representada en figura 55. Puede obtenerse un laberinto económico y eficaz usando arandelas obturadoras de chapa de acero embutida del tipo Z (figura 55g). La eficacia de este tipo de obturación aumenta proporcionalmente al número de arandelas que usen. Para aumentar la eficacia de las obturaciones no rozantes, se pueden montar en el eje discos giratorios (figura 55h), y en el caso de que se emplee lubricación con aceite, se suelen usar aros deflectores (figura 55i). El aceite proyectado por el aro deflector es recogido en un canal en la pared del alojamiento y devuelto al colector de lubricante a través de conductos adecuados. 6—39 Obturaciones rozantes La eficacia de estas obturaciones depende de la presión entre el labio de la obturación con una superficie de contacto, que es relativamente estrecha. Esto impide el acceso a los contaminantes sólidos y a la humedad, y evita las pérdidas de lubricante. La presión se puede producir mediante la deformación elástica del material del retén y el consiguiente apriete entre éste y la superficie de obturación previsto en el diseño (56a) o bien mediante la fuerza ejercida por un muelle toroidal incorporado a la obturación figura 56b). Figura 56 Las obturaciones rozantes proporcionan, en general, una obturación muy fiable, particularmente si su desgaste se reduce al mínimo por medio de una superficie de obturación adecuada y mediante la lubricación del labio de obturación. El rozamiento de la obturación en la superficie de obturación y el aumento de temperatura que el mismo genera suponen una desventaja y, por tanto, este tipo de obturación sólo resulta útil hasta ciertas velocidades periféricas. Pueden también sufrir daños mecánicos como resultado de un montaje incorrecto o por la acción de contaminantes sólidos. Para evitar que los contaminantes dañen las obturaciones rozantes, se acostumbra poner una obturación no rozante delante de la rozante para protegerla. 6—40 La selección de la obturación adecuada es de vital importancia para que el rodamiento pueda funcionar correctamente. Por consiguiente, los requisitos de obturación se deben especificar y las condiciones externas definir con la mayor precisión posible. Figura 57 Las tiras de fieltro (figura 57a) se usan sobre todo cuando se emplea lubricación con grasa, por ejemplo, en soportes, constituyendo una obturación sencilla y adecuada para velocidades periféricas de hasta 4 m/s y temperaturas no superiores a 100° C. Se mejora considerablemente la eficacia de la obturación si se pone además del fieltro un aro de laberinto simple (figura 57b). Las tiras de fieltro deberán empaparse en aceite calentado hasta unos 80° C, antes de montarlas. Cuando se desea mayor eficacia de la obturación rozante, en particular para rodamientos lubricados con aceite, se suelen usar retenes de labio con preferencia a las tiras de fieltro. Se puede encontrar una amplia gama de retenes en forma de unidades listas para instalar, que comprenden una obturación de caucho sintético o de material plástico, adherida a una armadura de chapa metálica. Son adecuados para velocidades periféricas más altas que las tiras de fieltro. 6—41 Como orientación general, para velocidades periféricas superiores a 4 m/s la superficie de obturación deberá estar rectificada, y por encima de 8 m/s, esa superficie deberá estar templada o cromada dura y con un rectificado fino o pulimentada, si es posible. Si el requisito principal es evitar las fugas de lubricante, el labio deberá mirar hacia adentro (figura 29c); si el fin principal es evitar la entrada de suciedad, entonces el labio deberá mirar hacia afuera (figura 57d). La obturación de anillo en V (figura 57e) se emplea para rodamientos lubricados con grasa de aceite. Este tipo de obturación consiste en un anillo de caucho con un labio que presiona axialmente contra la superficie de obturación. Es fácil de montar y puede absorber desalineaciones angulares bastante grandes del eje, con relación al alojamiento a velocidades lentas, y en ciertas circunstancias es adecuada también para grandes velocidades. La eficacia de esta obturación se debe, en gran parte, al hecho de que la suciedad y los líquidos tienden a ser proyectados radialmente por la obturación giratoria. La obturación del anillo en V se monta generalmente en el exterior del alojamiento cuando se usa lubricación con grasa, y en el interior del mismo cuando se usa lubricación con aceite. Las arandelas obturadoras elásticas de acero proporcionan una obturación sencilla, barata y que permite economizar espacio, en especial para rodamientos rígidos de bolas lubricados con grasa. Pueden sujetarse contra el aro exterior figura 57 o contra el aro interior, y se disponen de modo que la cara de obturación quede obligada a rozar contra la cara del otro aro. Obturaciones combinadas Cuando las condiciones de funcionamiento son difíciles y se imponen severas exigencias de obturación, por ejemplo con grandes cantidades de suciedad o de agua, se suelen combinar obturaciones de los tipos rozantes y no rozantes. En estos casos se disponen las obturaciones no rozantes (laberintos, aros deflectores, etc.) para suplementar a las rozantes y protegerlas contra el desgaste. Rodamientos obturados y protegidos Pueden conseguirse disposiciones sencillas para economizar espacio usando rodamientos que llevan incorporadas placas de obturación o de protección, por una o por las dos caras. Los rodamientos obturados o protegidos por ambas caras se suministran lubricados con la cantidad apropiada de grasa. 6—42 Normalmente no es necesario relubricarlos, y se destinan principalmente para usos en los que otra clase de obturación es inadecuada, o en los que no se pueda lograr tal obturación por razones de espacio. 6—43 Rodamientos 4 Lubricación y mantenimiento Los rodamientos deben lubricarse para evitar que se produzca contacto metálico entre los elementos rodantes, los caminos de rodadura y las jaulas y para protegerlos contra la corrosión y el desgaste. De los tres tipos diferentes de lubricación, capa-limite, lubricación hidrodinámica y lubricación elasto-hidrodinámica, es esta última la que se obtiene en los rodamientos, puesto que las superficies en contacto están fuertemente cargadas. Los rodamientos de bolas son un buen ejemplo. Cuando una bola bajo carga rueda por el camino de rodadura de un rodamiento montado, se alcanzan presiones muy altas en el punto de contacto. Las superficies que flexan están presionadas juntas y se aplastan ligeramente por un momento (deformación elástica). Cuando la bola rueda, las superficies en contacto vuelven a su forma original. Podría ser que el lubricante se lanzase hacia afuera del punto de contacto, quedando las superficies en contacto directo una contra otra, pero éste no es el caso: la viscosidad del lubricante aumenta enormemente. Cuando la bola ha pasado, la viscosidad del lubricante se reduce de nuevo. La temperatura de funcionamiento más favorable para un rodamiento se obtiene cuando se usa el mínimo de lubricante necesario para garantizar una lubricación fiable. No obstante, la cantidad usada depende también de las funciones adicionales que se exijan, por ejemplo: obturación, refrigeración, etc. Las propiedades del lubricante se deterioran como resultado del envejecimiento y de las solicitaciones mecánicas y además todos los lubricantes llegan a contaminarse en ser6—44 vicio y deben reponerse o cambiarse de vez en cuando (ver INTERVALO DE RELUBRICACIÓN Y CAMBIO DE ACEITE). Los rodamientos pueden lubricarse con grasa o con aceite y, en casos especiales, con un lubricante sólido. Los rodamientos axiales de rodillo a rótula deberán lubricarse con aceite, debido a su diseño, aunque para velocidades lentas y en ciertos casos especiales se puede usar grasa. La elección del lubricante depende principalmente de las velocidades y del campo de temperatura a que vaya a trabajar el rodamiento, es decir, de las condiciones de funcionamiento. Lubricación con grasa En los rodamientos de bolas y de rodillos se usa generalmente lubricación con grasa cuando trabajan a velocidades, temperatura y condiciones de carga normales. La grasa tiene ciertas ventajas en comparación con el aceite: es más fácil de retener en el alojamiento del rodamiento, particularmente cuando el eje está vertical o inclinado, y contribuye a la obturación para evitar la entrada de humedad y de otras impurezas. El espesante, el jabón metálico de la grasa, actúa como contenedor para el aceite lubricante. El jabón forma como una malla de fibras jabonosas. Las cavidades de la malla están llenas de aceite, algo parecido a lo que sucede con los poros de una esponja llena de agua (figura 58). Figura 58 6—45 Si una esponja mojada se exprime, el agua sale de ella; podríamos decir que la esponja SANGRA. Nosotros también decimos que el aceite SANGRA de la grasa, pero en esta operación la temperatura juega el principal papel. La grasa en un rodamiento es a veces expuesta a un trabajo de AMASADO, que podría dar lugar a que SANGRE. Durante el asentamiento de un rodamiento lubricado de nuevo, la grasa trabaja por sí misma en las cavidades alrededor del rodamiento y permanece allí durante un largo período de funcionamiento. Por ello, más que el trabajo mecánico, es el aumento de temperatura en la masa de la grasa alrededor del rodamiento lo que causa el sangrado y el suministro de aceite a las superficies de contacto y de deslizamiento del rodamiento. Allí debe llegar una gran cantidad de aceite. Por lo tanto, se debe elegir el tipo de grasa que tenga propiedades adecuadas a los requerimientos del tipo de rodamiento y las condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, se precisan especiales requerimientos en rodamientos sometidos a fuertes vibraciones, en los que una grasa que no sea mecánicamente estable es expulsada fuera del rodamiento en un continuo proceso de circulación que causa una rotura mecánica de la base de jabón metálico, destruyéndose la grasa. En general, el espacio que queda libre en el rodamiento y en el alojamiento deberá llenarse sólo parcialmente con grasa (del 30 al 50%). Un exceso de grasa producirá un rápido aumento de la temperatura a velocidades elevadas. El peso de la carga inicial de grasa para los soportes de rodamientos se da en las tablas de soportes. Cuando los rodamientos han de funcionar a velocidades lentas, puede obtenerse una buena protección contra la corrosión llenando completamente el soporte con grasa. En las tablas de rodamientos se dan los valores límite de las velocidades para rodamientos lubricados con grasa. Grasas Las grasas para lubricación de rodamientos son fluidos sintéticos o aceites minerales espesados. La consistencia de una grasa depende principalmente del tipo y de la cantidad del agente espesante usado. Al efectuar la selección de una grasa, los factores más importantes a tener en cuenta son su consistencia, el campo de temperatura y sus propiedades anticorrosivas. 6—46 Los tipos de grasa más comunes emplean como espesante un jabón de calcio, sodio o litio. Las grasas líticas son particularmente adecuadas para lubricar rodamientos (véase Manual de lubricación). CONSISTENCIA La consistencia de una grasa se expresa usualmente en valores de la escala del National Lubricating Grease Institute, o escala NLGI. Las grasas espesadas con jabones metálicos de consistencia 1, 2 ó 3 son las normalmente usadas para rodamientos. La consistencia no deberá experimentar cambios excesivos ni con la temperatura ni con las solicitaciones mecánicas. Las grasas que se reblandecen a elevadas temperaturas pueden escapar del rodamiento o del alojamiento, y las que se endurecen a bajas temperaturas pueden frenar la rotación del rodamiento. En aplicaciones sometidas a vibraciones, la grasa soporta un duro trabajo, ya que continuamente viene devuelta al rodamiento por la vibración. Para tales aplicaciones deberán usarse grasas mecánicamente estables. CAMPO DE TEMPERATURAS La mayoría de las grasas de base cálcica son estables con contenido de agua de 1 a 3%. Al aumentar la temperatura, se evapora el agua y se produce la descomposición de la grasa en jabón y aceite mineral. Por eso, el limite superior de temperatura para estas grasas es de +60° C, aproximadamente. Existen grasas de base cálcica estables al calor que permiten temperaturas de funcionamiento de hasta 120° C. Las grasas de base sódica pueden usarse a temperaturas comprendidas entre -30 y +80° C, si bien algunas grasas especiales pueden usarse a temperaturas de hasta +120° C. Las grasas de base lítica son generalmente adecuadas para temperaturas entre -30 y +110° C, aunque existen algunas grasas de este tipo que son aptas para temperaturas de trabajo de hasta +150° C. Las grasas que contienen espesantes inorgánicos en vez de jabones metálicos, por ejemplo arcilla o sílice, pueden usarse durante breves periodos de tiempo a temperaturas más elevadas que las grasas de base lítica. 6—47 Las grasas sintéticas (por ejemplo, las hechas a partir de diésteres o de siliconas) pueden usarse a temperaturas más altas y más bajas que las hechas de aceites minerales. PROPIEDADES ANTICORROSIVAS Las grasas de base sódica son solubles en agua, es decir, que absorben agua en cierto grado y forman una emulsión anticorrosiva, sin perjuicio de sus propiedades lubricantes. Con esta grasa, los rodamientos quedarán protegidos suficientemente contra la corrosión, siempre que se impida que entre agua en el rodamiento. Cuando entra agua, arrastra fácilmente a tales grasas fuera del alojamiento del rodamiento. Las grasas de base lítica y cálcica son prácticamente insolubles en agua, y, por consiguiente, no ofrecen protección contra la corrosión. Jamás deberán usarse, por tanto, esas grasas, a menos que obtengan un componente anticorrosivo. Estas grasas, con aditivos 9: (compuestos de plomo principalmente) tienen buenas propiedades anticorrosivas. Estas grasas, insolubles en agua, se adhieren bien a las superficies de los rodamientos, por lo que resultan especialmente adecuadas para los casos en que el agua puede penetrar en el rodamiento, por ejemplo en las máquinas para fabricación de papel o en los trenes de laminación. CAPACIDAD DE CARGA Para rodamientos muy cargados, por ejemplo, en trenes de laminación, se usan grasas con aditivos EP, ya que éstos aumentan la capacidad de carga de la película de lubricante. Estas grasas también se recomiendan para la lubricación de rodamientos medianos y grandes. MISCIBILIDAD Se ha de prestar especial atención a la miscibilidad de las grasas cuando, por alguna razón, se hace necesario usar una grasa diferente para relubricar. La mezcla de grasas incompatibles conduce normalmente a una disminución de la consistencia y de la temperatura de trabajo máxima admisible, en comparación con las grasas componentes de la mezcla, lo que puede ser causa de que se produzcan daños en el rodamiento. Las grasas que tienen el mismo agente espesante y un aceite similar son compatibles; por ejemplo, una grasa de base sódica puede mezclarse con otra grasa de base sódica. Las grasas de base cálcica y de base lítica pueden mezclarse 6—48 en algunos casos entre pero no con una grasa de base sódica. No obstante, es posible que una mezcla de grasas compatibles tenga una consistencia más blanda que la de cualquiera de las grasas componentes, sin que por eso hayan de resultar necesariamente perjudicadas las propiedades lubricantes. En aquellos casos en los que una menor consistencia de la grasa vaya a dar lugar, probablemente, a problemas de fugas, los intervalos recomendados entre engrases deberán acortarse, hasta que la grasa nueva haya reemplazado por completo a la antigua. Intervalo de relubricación El periodo de tiempo durante el cual un rodamiento lubricado con grasa funciona satisfactoriamente sin necesidad de relubricación depende del tipo de rodamiento, tamaño, velocidad de giro, temperatura de funcionamiento y grasa usada. El intervalo (horas de servicio) obtenido del diagrama 1 es válido para rodamientos en máquinas estacionarias en las que las condiciones de carga sean normales. El diagrama está basado en el empleo de una grasa de calidad media, resistente al envejecimiento y solamente es válido para temperaturas de funcionamiento de hasta +70° C, medias en el aro exterior. Los intervalos deberán reducirse a la mitad por cada 15° C de aumento de la temperatura por encima de +70° C, sin poder rebasar la temperatura máxima admisible para la grasa. Cuando las temperaturas de funcionamiento son inferiores a +70° C, es posible prolongar los intervalos (-) hasta valores dobles, con tal que la temperatura de funcionamiento no exceda +50° C. Debe tenerse en cuenta que los intervalos de relubricación pueden variar notablemente aunque se empleen aparentemente grasas similares. Para rodamientos pequeños, y en particular para rodamientos rígidos de bolas, la vida útil de la grasa suele ser mayor que la del rodamiento, y normalmente no hace falta relubricar. Una alternativa, en tales casos, son los rodamientos con placas de obturación o protección LUBRICADOS POR VIDA. Cuando existe el riesgo de que la grasa se contamine, el intervalo entre relubricaciones debe acortarse. También se 6—49 acortará el intervalo en los casos en que la grasa haya de obturar para impedir que entre humedad; por ejemplo, en el caso de las máquinas de papel (en las cuales el agua cae sobre los soportes de los rodamientos), éstos se engrasan cada semana. Lubricación con aceite Se usa en general la lubricación con aceite cuando las elevadas velocidades o las altas temperaturas de funcionamiento no permiten el uso de la grasa: cuando es necesario evacuar del rodamiento el calor generado por él o el de origen externo, o cuando las piezas adyacentes de la máquina, por ejemplo ruedas dentadas, están lubricadas con aceite se dan en las tablas de rodamientos. Métodos de lubricación con aceite El método simple es por baño de aceite (ver figura 59), pero solamente es adecuado para velocidades bajas. El aceite es recogido por los elementos giratorios del rodamiento, y después de circular a través de éste vuelve a caer al depósito de aceite. Figura 59 Cuando el rodamiento no gira, el aceite deberá tener un nivel ligeramente por debajo del centro de la bola o del rodillo que ocupe la posición más baja. 6—50 Al aumentar la velocidad, aumenta la temperatura de funcionamiento del rodamiento y se acelera la oxidación del aceite. Para evitar tener que cambiar frecuentemente el lubricante, se puede usar un sistema de circulación de aceite. Después de pasar el aceite lubricante a través del rodamiento, se filtra y, en algunos casos, se refrigera antes de volver al rodamiento. La refrigeración del aceite puede ser de utilidad para disminuir la temperatura del rodamiento. Normalmente se requiere una bomba para hacer circular el aceite. Para elevadas velocidades, es importante asegurar la llegada de suficiente cantidad de aceite a los componentes del rodamiento, y también que el aceite sea capaz de disipar el calor generado por rozamiento. Los inyectores de chorro de aceite proporcionan un sistema de lubricación muy eficaz, en el cual se inyecta el aceite en el rodamiento por un lado (ver figura 60). La velocidad del chorro de aceite (*15 m/s) deberá ser tal que al menos parte del aceite penetre a través del aire que rodea al rodamiento en régimen turbulento. Figura 60 6—51 La lubricación con niebla de aceite consiste en el transporte de gotitas de aceite al rodamiento, por medio de una corriente de aire (ver figura 61). La niebla de aceite se produce en un atomizador. Aire comprimido seco, procedente de una conducción, es filtrado en el atomizador, ajustándose su presión a un valor comprendido entre 0,05 y 0,1 MPA. La niebla obtenida se transporta luego a través de tuberías hasta los rodamientos. Boquillas de condensación montadas en las tuberías, delante mismo de cada rodamiento, permiten la llegada del aceite al rodamiento en forma de gotitas. La corriente de aire que penetra en el alojamiento sirve también para refrigerar el rodamiento y producir una presión ligeramente más alta en el alojamiento, evitando la entrada de impurezas. Este procedimiento permite efectuar la lubricación con pequeñas cantidades de aceite, dosificadas con exactitud, con lo cual resulta despreciable el rozamiento debido al lubricante. Este método se usa con mucha frecuencia para rodamientos que giran a gran velocidad, por ejemplo, en husillos de rectificadoras. Figura 61 6—52 Rodamientos 5 Soportes Cuando los rodamientos se emplean en transmisiones, en vez de ir en el cuerpo de la máquina se colocan en soportes especiales. Estos soportes pueden ser de una o dos piezas y están fabricados con gran exactitud para que no deformen el rodamiento. Hay que prestar mucha atención a los montajes, puesto que, en los casos normales, el eje solamente debe ser fijado axialmente en un punto para permitir los desplazamientos por dilataciones que, en caso contrario, darían lugar a grandes esfuerzos sobre los rodamientos, llegando a inutilizarlos. El diseño de soporte más empleado en la industria pesada es el partido (figura 62), utilizado sobre todo para el montaje con rodamientos de bolas o rodillos a rótula sobre ejes lisos o con resaltes. Figura 62 6—53 Estos soportes permiten seleccionar distintas formas de montaje, distintos tipos de obturaciones, varias formas de lubricación y posibilidad de colocar sensores que nos den información del estado de los rodamientos con valores de temperaturas o vibraciones. Las dimensiones de estos soportes se basan en la norma ISO 113/11. Obturaciones de los soportes Una importante ventaja de los soportes partidos es que pueden emplearse obturaciones de diferentes tipos. Las obturaciones estándar suelen ser de doble labio, anillos en v, de fieltro y de laberinto. Todas las obturaciones pueden emplearse a temperaturas comprendidas entre -40 y +100° C. Las obturaciones de doble labio pueden emplearse en la lubricación con grasa a velocidades periféricas de hasta 8 m/s con desalineaciones de eje en torno a 1 . La rugosidad del eje no debe exceder del valor Ra = 3,2. 6—54 6—55 Tabla 1 Las obturaciones de anillos en V tienen un delgado labio para obturación que actúa en la dirección axial. El anillo actúa también como deflector, ya que gira con el eje. Este tipo de obturación puede emplearse tanto con grasa como con aceite y es muy eficiente, incluso a grandes velocidades y en ejes con asientos no muy finos. Aunque admiten velocidades de hasta 12 m/s, a partir de 7 m/s hay que fijar axialmente el anillo. Permite desalineaciones de hasta 1,5° La obturación de fieltro es sencilla pero adecuada, pudiendo utilizarse con lubricación con grasa y a velocidades periféricas de hasta 4 m/s. En los casos en que las condiciones de funcionamiento son duras o la velocidad es alta, se recomiendan obturaciones de laberinto. La desalineación máxima que admiten es de 0,3° 6—56 Rodamientos 6 Averías de rodamientos y sus causas Los rodamientos se encuentran entre los componentes más importantes de las máquinas, y se exige de ellos gran capacidad de carga y fiabilidad. En consecuencia, es absolutamente natural que los rodamientos jueguen un papel de tal importancia, que, durante años, han sido objeto de extensa investigación. Entre los beneficios derivados de esta investigación se encuentra la facultad de calcular la duración de un rodamiento con notable exactitud, en términos que hace posible equipararla con la duración en servicio de la máquina en cuestión. Desgraciadamente sucede algunas veces que un rodamiento no alcanza su duración calculada. Puede haber varias razones para esto, por ejemplo, cargas más pesadas que las previstas, lubricación inadecuada o insuficiente, manipulación negligente, obturaciones ineficaces, o ajustes demasiado fuertes que provocan insuficiente juego interno del rodamiento, etc. Cada uno de estos factores origina su propio tipo de avería e imprime su particular huella en el rodamiento. Consecuentemente, examinando un rodamiento averiado, en la mayoría de los casos es posible formar opinión sobre la causa del fallo y adoptar la medida precisa para evitar su repetición. En un rodamiento, a partir de ciertos valores de carga, más pronto o más tarde se producirá la fatiga del material. El periodo hasta que aparece el primer signo de fatiga es función del número de revoluciones a que es sometido el rodamiento y de la magnitud de la carga. La fatiga es el resultado de esfuerzos de cortadura que surgen cíclicamente, inmediatamente debajo de la superficie que soporta la carga. Después de algún tiempo, estos esfuerzos causan grietas que se extienden gradualmente hasta la superficie. 6—57 Conforme los elementos rodantes alcanzan los fragmentos agrietados del material, rompen, y esto es conocido como FLAKING o SPALLING (desconchado o descascarillado). El desconchado se incrementa progresivamente en extensión (ver figura 63) y, finalmente, deja el rodamiento inservible. Figura 63. Fases progresivas del desconchado Según estudios realizados por fabricantes de rodamientos, solamente un 9% de los rodamientos montados llegan al límite de vida teórica prevista; el resto falla por diversas causas, entre las que destaca por su alto porcentaje, la inadecuada lubricación (figura 64). La lubricación como tal es la suma de varios factores: falta de lubricante, envejecimiento, contaminaciones, lubricante inadecuado, exceso o defecto... 6—58 Figura 64 La duración de un rodamiento se define como el número de revoluciones que el rodamiento puede dar, bajo determinada carga, antes de ocurrir el desconchado incipiente. Esto no significa que el rodamiento no pueda ser utilizado después. El descascarillado es un proceso continuo y relativamente prolongado y anuncia su presencia por incremento de ruido y niveles de vibración en el rodamiento. En consecuencia, y por regla general, hay mucho tiempo para preparar un cambio de rodamiento. Cuando un rodamiento gira bajo carga, las superficies de contacto de los elementos rodantes y los caminos de rodadura toman una apariencia ligeramente mate. Esto no es síntoma de desgaste en el sentido usual de la palabra, y no es importante para la duración del rodamiento. La superficie mate en el camino de rodadura interior o exterior de un aro forma un dibujo llamado (para la finalidad de este documento) MARCA CARACTERÍSTICA. Estas marcas varían su aspecto de acuerdo con las condiciones de rotación y carga. Mediante el examen de estas marcas en un rodamiento (desmontado) que haya estado en servicio, es posible hacerse una buena idea de las condiciones bajo las que ha funcionado dicho rodamiento. Aprendiendo a distinguir entre marcas normales y anormales, existen muchas probabilidades de saber si el rodamiento ha funcionado en las condiciones adecuadas. 6—59 Síntomas y causas de deterioro de rodamientos Medidas a tomar en caso de deterioro de un rodamiento Los ejemplos mostrados en las figuras anteriores son casos extremos: los deterioros pueden reconocerse perfectamente y sus causas están claras. Como es natural no pueden mencionarse aquí todas las combinaciones posibles de los diversos aspectos de los deterioros y averías. 6—60 No siempre resulta fácil, en la práctica, reconocer en un rodamiento deteriorado la causa primaria que produjo el daño. En muchos casos pueden hacerse algunas deducciones, por ejemplo, según el aspecto de la huella de rodadura. Sin embargo no podrán darse recomendaciones eficaces para evitar daños futuros si no se conocen las condiciones de servicio, la lubricación y la construcción de toda la aplicación. Además, conviene saber cómo fue reconocido el deterioro y las circunstancias secundarias que lo acompañaron. Antes del desmontaje Antes del desmontaje hay que controlar los cuatro puntos siguientes, esenciales para el comportamiento en servicio y tomar nota por escrito de los resultados obtenidos, ya que estos datos se pierden irremisiblemente una vez desmontados los rodamientos y una vez lavados los rodamientos y los alojamientos. ENSUCIAMIENTO ¿Qué aspecto presenta la máquina en general, principalmente cerca del lugar de emplazamiento de los rodamientos? ¿Se ha acumulado en esta zona suciedad o restos del material que se ha trabajado? ¿Pudo entrar en el rodamiento agua, lejías, taladrina o vapores? PÉRDIDAS DE LUBRICANTE ¿Pudo fluir fuera el lubricante? Para ello hay que controlar el nivel de aceite en la mirilla de cristal y el paso obturado del eje, igualmente los intersticios entre alojamiento y tapas y las obturaciones en la conducción de aceite, tapones de evacuación y mirillas. RUIDOS DURANTE LA MARCHA Muchas veces se reconoce que un rodamiento está deteriorado, porque varia el ruido del apoyo. En este caso debe procurarse describir el ruido indicando, por ejemplo, si es de sonoridad uniforme o pulsátil, periódico o discontinuo, zumbante, silbante, sonoro o a golpes. Si se observa una repetición continua de los ruidos, descríbase con qué frecuencia se producen. A elevadas velocidades de giro esto no es casi posible sin ayuda de complicados instrumentos. Sin embargo a velocidades más reducidas resulta muy eficaz golpear con un lápiz sobre un papel con el mismo ritmo del ruido y contar los puntos al cabo de un número determinado de segundos. Del resultado obtenido puede dedu6—61 cirse, por ejemplo, si la perturbación se presenta con la frecuencia del aro interior o de la jaula. Al mismo tiempo deberá procurarse analizar la intensidad del ruido. Además, es necesario hacer girar el conjunto de rodamientos con la man antes de desmontarlos. Muchas veces pueden determinarse así e incluso describirse bien las variaciones con respecto al giro normal y sin obstáculos. MANERA DE PRODUCIRSE EL DETERIORO Y PORMENORES Hay que anotar la manera de producirse el deterioro mientras el recuerdo esté vivo. Lo importante es fijar todos los detalles, como el momento en que se notó por primera vez, los primeros síntomas y la variación paulatina del ruido y de la temperatura. Si la avería se produjo de repente, anótese la disposición de los mandos y la posición de trabajo de la máquina. También otras variaciones anteriores en la máquina pueden ser importantes para determinar las causas del deterioro, así, por ejemplo, un reajuste del juego, el montaje de ejes, manguitos o casquillos nuevos, el aumento de potencia o de velocidades, etc. Si estas variaciones son simultáneas con las variaciones de marcha, el especialista puede deducir de aquí conclusiones decisivas. Durante el desmontaje Durante el desmontaje hay que observar los cuatro puntos siguientes: LUBRICACIÓN LUBRICACIÓN CON ACEITE En rodamientos lubricados con aceite se evacúa el aceite y el líquido refrigerante, si lo hay. El aceite debe recogerse en un recipiente limpio, principalmente si se sospecha que contenga suciedad, partículas metálicas y abrasivas procedentes de ruedas dentadas cercanas. Si efectivamente se confirman estas sospechas, se dispone de una cantidad de aceite suficiente para llevar a cabo un análisis cuidadoso. LUBRICACIÓN CON GRASA El desmontaje de los rodamientos lubricados con grasa se comienza quitando las tapas, caperuzones o escudos. Estos órganos no deben lavarse inmediatamente, sino que deben guardarse en un lugar limpio hasta haber aclarado las causas del deterioro. Lo mismo cabe decir de obturaciones 6—62 de fieltro y de goma y otros anillos o discos obturadores. Incluso si se prescriben obturaciones nuevas durante una inspección general, no deben tirarse inmediatamente las viejas: es posible que el estado de estas obturaciones dé lugar a analizar si el sistema de obturación fue lo suficientemente eficaz. Para el análisis de la grasa conviene tomar dos pruebas: una del interior del rodamiento y otra de una parte del alojamiento alejada del rodamiento. Si las boquillas de engrase están muy sucias, puede haber entrado suciedad en los rodamientos durante el reengrase. En este caso deberá tomarse también una prueba del orificio de la boquilla. La cantidad de grasa de cada prueba no deberá ser demasiado pequeña. Las pruebas se guardarán en botes limpios o papel aceitado limpio y se señalarán de tal forma que posteriormente pueda saberse rápidamente de dónde proceden. AFLOJAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE SEGURIDAD Al continuar el desmontaje hay que observar si las tuercas que sujetan el aro interior en dirección axial están apretadas. Esto es de gran importancia en rodamientos de bolas de contacto angular con aro interior partido y en rodamientos con cuatro caminos de rodadura. Si la sujeción axial se afloja, varían las condiciones de juego y de rodadura en el rodamiento. Lo mismo vale para parejas de rodamientos de rodillos cónicos o de bolas de contacto angular, ajustados uno contra otro. En los manguitos de montaje y de desmontaje, así como en los asientos cónicos, hay que observar asimismo si las tuercas tensoras están apretadas. POSICIÓN DE LOS AROS Una vez aflojadas las tuercas de sujeción, se limpian las superficies frontales de los aros de los rodamientos para determinar en qué posición se encuentran montados con relación al eje y al alojamiento. En la mayoría de los casos, las huellas de rodadura sobre las pistas indican claramente la dirección de la carga que actuó sobre el rodamiento. Sin embargo, si estas huellas no son regulares, el hecho de conocer la dirección de la carga no tiene interés si no se conoce la posición relativa del aro exterior con relación al alojamiento y del aro interior con relación al cigüeñal, eje excéntrico u otro eje sobre el que haya estado montado. Con este fin es preferible dibujar un esquema, indicando la posición del símbolo marcado con relación al alojamiento y al 6—63 eje. Hay que indicar, además, si el lado marcado estuvo al lado del extremo del eje o al otro. En rodamientos despiezables, como rodamientos de rodillos cilíndricos, rodamientos desmontables de bolas y rodamientos con cuatro caminos de rodadura, esto vale para ambos aros. Si después del desmontaje se observan huellas de rodadura irregulares pueden sacarse conclusiones sobre modo y dirección de la carga y sobre las tensiones indebidas o precargas, si las hubo. Así pueden obtenerse posibles informaciones sobre las causas del deterioro. CONTROL DE LOS ASIENTOS Al desmontar el rodamiento hay que observar si los aros pueden extraerse con facilidad o dificultad extraordinarias. Los distintos órganos de rodamientos de rodillos cilíndricos y de rodillos cónicos deben permanecer juntos y en ningún caso intercambiarse con partes similares de otros rodamientos. También hay que controlar el estado de los restantes órganos de la máquina, principalmente si quieren evitarse largas interrupciones de la producción y, por lo tanto, hayan de montarse rodamientos nuevos inmediatamente. En cualquier caso hay que medir los diámetros del eje y del agujero del alojamiento, prestando principal atención al error de redondez de las zonas de asiento. Igualmente deberá controlarse el estado de los elementos de accionamiento o accionados, principalmente en las ruedas dentadas, así como de todas las piezas móviles de la máquina. De las huellas de deslizamiento, marcas de patinado y aspecto de la zona solicitada puede deducirse muchas veces si los ejes estaban alienados o si se produjeron tensiones indebidas. Durante el examen Una vez finalizado el desmontaje puede comenzarse con el examen del rodamiento. Las señales del deterioro y los pormenores registrados facilitan, en la mayoría de los casos, una determinación aproximada de las causas de un deterioro y de la manera en que se produjo. En casos dudosos, rogamos ponerse en contacto con las oficinas de asistencias al mantenimiento. Lógicamente, en muchos casos no es necesario observar todas las indicaciones. Tampoco se procederá de forma tan minuciosa si el valor del rodamiento nuevo es tan reducido que no resulta rentable una investigación detallada. Sin embargo, en el campo de la maquinaria pesada, en el que se 6—64 monta un número reducido de grandes instalaciones, si de vez en cuando se produce un deterioro, inexplicable en un principio, de un rodamiento, deberán seguirse las instrucciones mencionadas, ya que sólo con un rodamiento deteriorado, pero cuidadosamente lavado, ni siquiera un experimentado ingeniero especialista de rodamientos podrá reconocer en todos los casos, las causas que produjeron el deterioro. 6—65 FRENOS Frenos 1. Frenos 2. Frenos de corriente continua 3. Frenos de corriente alterna 4. Frenos hidráulicos 5. Frenos hidráulicos tipo NDHE. Instrucciones de regulación 7—3 Frenos 1 Teoría de los frenos Un freno es un aparato destinado a detener una pieza en movimiento y mantenerla fija. En maquinaria de elevación y transporte los frenos cumplen en el mecanismo de elevación la misión de detener la carga que está en movimiento, y además mantenerla fija o suspendida. En los mecanismos de traslación y giro los frenos generalmente detienen también toda la inercia de la máquina en movimiento y además la mantienen fija, para que no esté afectado por causas exteriores como viento, etc. En algunos casos particulares, los frenos únicamente detienen el movimiento (ejemplo, frenos hidráulicos) y dejando de accionar estos frenos el sistema móvil no queda fijo por lo que puede quedar afectado por agentes exteriores. Tipos de frenos Los sistemas de frenado mecánico son varios, pero todos ellos se reducen a la aplicación de un elemento fijo sobre otro móvil con una fuerza determinada. Así hay frenos de cinta, de polea, de discos, de tambor, de pinza, etc. Ver figuras 1 al 5. Existe frenado de otros tipos, como el frenado eléctrico o magnético, pero es un tipo de frenado que sirve para decelerar la carga en movimiento, nunca para detenerla en su totalidad y menos mantenerla fija o suspendida: este tipo de frenado es el que se utiliza en los camiones (superfreno eléctrico) y en maquinaria de elevación (frenado sobre resistencias, frenado contra corriente, etc). En la práctica, únicamente, los sistemas de frenado mecánico pueden utilizarse para cumplir las dos misiones del freno de parar la carga y mantenerla fija, y de todos los tipos indicados los más utilizados en maquinaria de elevación y transporte por mejor adaptación al fuerte servicio que han de realizar, son los frenos de polea y disco. 7—4 Sistemas de frenado La aplicación del sistema fijo o zapatas sobre la polea puede realizarse por cualquier medio de energía que pueda desarrollar un esfuerzo mecánico, pero en el caso de la maquinaria de transporte y de elevación una de las condiciones fundamentales del freno debe ser mantener la carga suspendida o mantener la grúa inmóvil, independientemente de los fallos de energía, por lo que no se pueden utilizar sistemas de aplicación del esfuerzo que puedan tener fallos o averías, como un esfuerzo eléctrico, hidráulico, neumático o incluso humano. Es necesario que las zapatas se apliquen contra la polea con la fuerza necesaria mediante un sistema sin averías, por lo cual en la práctica estos sistemas se reducen a dos: los que utilizan la fuerza de un peso o la de un resorte. Ver figura 1. Figura 1 Figura 2 El sistema de frenado por contrapeso, aunque bueno, está en desuso por ser voluminoso, lento y de aplicación muy brusca y con golpeteos. Por lo que el sistema actual de accionamiento de frenos es utilizar el esfuerzo de un resorte comprimido y muy ampliamente dimensionado para que éste trabaje muy por debajo de la carga de rotura. Ver figura 5. Tiene una ventaja muy grande sobre el sistema de contrapeso y es el lograr un frenado suave y uniforme, aunque fuerte, ya que la elasticidad del resorte elimina el golpeteo. 7—5 Figura 3 Figura 4 Este esfuerzo del resorte se trasmite a las zapatas a través de una serie de palancas, para que la fuerza aplicada sobre la polea sea adecuada. La fuerza aplicada a la zapata crea una fuerza tangencial en la polea y la relación entre la fuerza en la polea y la fuerza en la zapata es lo que se llama coeficiente de fricción. El valor de este coeficiente de fricción depende de los materiales de las dos piezas que están en contacto, del estado de la superficie (pulido o rugoso) y de las materias extrañas que puedan encontrarse entre ambos. Ver figura 6. Figura 5 Figura 6 Por esta razón se utiliza como superficie en contacto con la polea un material de coeficiente de fricción elevado, y deben de evitarse toda clase de materiales entre zapata y polea que puedan disminuir el coeficiente de fricción (como grasa, polvo, óxido de la polea, etc). Para que el rendimiento del freno sea elevado es necesario que este coeficiente de fricción sea grande, a fin de aprovechar al máximo el esfuerzo del resorte. 7—6 Sistemas de desfrenado Un freno debe tener no sólo un sistema de frenado como el que acabamos de ver, sino también un sistema de desfrenado, es decir, un elemento que sirva para abrir las zapatas y éstas permitan girar a la polea. Ver figuras 7, 8 y 9. Como es el resorte el que proporciona el esfuerzo a las zapatas, el sistema de desfrenado debe tener una fuerza suficiente para vencer a la del resorte (ya sea directamente, ya a través de un juego de palancas), y un recorrido suficiente para que las zapatas se separen de la polea y permitan girar a ésta sin rozamiento alguno. Este trabajo de desfrenado puede ser realizado por los procedimientos más diversos: hay sistemas hidráulicos, neumáticos, electromagnéticos, etc, es decir, cualquier sistema que pueda producir un trabajo mecánico, incluso el esfuerzo humano. Figura 7 Figura 8 Cada uno de estos sistemas se utiliza en aplicaciones concretas, y en muchos casos se usan sistemas combinados, electrohidráulicos, electroneumáticos, etc.: el frenado de un coche es un sistema combinado humano-hidráulico, pues el esfuerzo de pisar el pedal es transmitido a las ruedas por un sistema hidráulico. 7—7 Los sistemas combinados suelen ser los más completos y los de mejor rendimiento, facilitando muchas veces una posibilidad de regulación del frenado, cosa que los sistemas simples no tienen: el sistema de desfrenado de éstos vence el esfuerzo del resorte y abre el freno: y cuando se deja de aplicar el sistema de desfrenado, el resorte da lugar a un frenado total: son los frenos de TODO O NADA. Como este tipo de frenos son los más usuales, pues en la mayor parte de las aplicaciones es suficiente un FRENO DE TODO O NADA, vamos a ver los sistemas simples de desfrenado. En la mayor parte de la maquinaria de elevación y transporte se utiliza la energía eléctrica, como medio para producir un trabajo mecánico, por lo que la mayor parte de los sistemas de desfrenado son eléctricos o sus derivados. El aparato más simple que transforma la energía eléctrica en mecánica es el electroimán. Y como la energía eléctrica normalmente se distribuye en forma de corriente alterna trifásica, el elemento clásico utilizado como accionamiento, de desfrenado en los frenos, es el electroimán de corriente alterna (monofásico o trifásico), acoplado a la parte mecánica del freno por un juego de palancas para adaptar su esfuerzo y su carrera al esfuerzo del resorte y a la apertura de zapatas. Como los electroimanes de corriente alterna presentan graves inconvenientes por su forma de trabajar y fiabilidad, hoy en día han sido sustituidos ventajosamente por unos sistemas de accionamiento electro-hidráulicos, en los que la energía eléctrica a través de un motor y de un sistema hidráulico se transforma en energía mecánica suficiente para vencer el esfuerzo del resorte y así conseguir la apertura del freno. Este tipo de accionamiento permite además en ciertas condiciones especiales de montaje, obtener un frenado controlado. Figura 9 7—8 En los casos donde se utilice corriente continua, el electroimán debe ser del tipo de corriente continua que en su forma de trabajar y en su aspecto es diferente al de corriente alterna. Estas diferencias se observan al ver más adelante los distintos tipos de frenos. Todos estos accionamientos eléctricos simples o combinados se conectan generalmente en paralelo con el motor que produce el movimiento de los mecanismos, de tal forma que al cortar la corriente al motor, al mismo tiempo queda desconectado el accionamiento y deja de producir el esfuerzo que vence al resorte de frenado, con lo cual éste a través de la timonería y de las zapatas aplica su esfuerzo sobre la polea que queda automáticamente frenada. De la misma forma cualquier falta de corriente en la línea, rotura de un conductor o por corte de un fusible, el freno actúa instantáneamente, bloqueando la polea, e impidiendo, en un movimiento de elevación, por ejemplo, que la carga se caiga. La tendencia moderna en ciertas máquinas de transporte es utilizar mecanismos de transmisión hidráulicos (como excavadoras, palas, grúas automóviles, etc.) y en estos casos las zapatas son desfrenadas por un accionamiento hidráulico. Este tipo de accionamiento, también es utilizado en grúas alimentadas por corriente eléctrica, donde es necesario un frenado regulado, como por ejemplo, en el movimiento de traslación de un puente grúa grande, donde el frenado total del movimiento sería muy brusco. Características de un freno Hasta ahora se ha hablado del esfuerzo de frenado de un freno, pero el término más apropiado para definir un freno es el par de frenado. EL PAR es una expresión mecánica que abarca no solamente el valor de una fuerza, sino también el brazo de palanca con que se aplica la fuerza. Ya se comprende que para frenar una pieza en movimiento según el freno rudimentario de la, figura 10, cuanto mayor sea el brazo de palanca, menor será el esfuerzo a realizar y viceversa. Por ello, en el frenado indicado, tanta importancia tiene la fuerza aplicada como la longitud de la palanca. 7—9 Y el par es un término que resulta el producto de la fuerza, por la longitud, y que se expresa en términos de metros y kilopondios, siendo por tanto, característica principal del freno. Un freno será mayor (no en tamaño, sino en potencia de frenado), cuanto mayor sea su par de frenado y cuyo valor depende del diámetro de la polea (longitud de palanca) y del esfuerzo aplicado a la polea (fuerza) (ver figura 11). Apretando el resorte de frenado se aumenta su esfuerzo y por tanto el par de frenado, logrando frenados más rápidos y bruscos (como se dice normalmente un frenado en seco): a la inversa, aflojando el resorte disminuye el par de frenado, consiguiendo frenados más largos y suaves. Figura 10 Figura 11 u = Coeficiente de fricción Hay que tener en cuenta, en los dos casos, que el sistema de desfrenado no quede afectado de forma importante, cosa que se verá más adelante al hablarse de cada tipo de freno. La aplicación de las zapatas sobre la polea con la fuerza necesaria para bloquear todos los órganos en movimiento, no se hace de forma instantánea, sino que tarda un tiempo desde que la polea va de su velocidad normal de giro hasta la parada total, tiempo que depende del par de frenado y el par que hay que frenar: se tarda más en frenar la carga máxima suspendida del gancho de una grúa, que si la grúa está en vacío. Este tiempo que las zapatas están presionando sobre la polea mientras ésta se va parando, da lugar a un CALENTAMIENTO de las poleas y de las zapatas, ya que la energía del sistema en rotación queda transformada por el freno en 7—10 calor; la temperatura que alcancen éstas será mayor cuanto mayor sea el número de maniobras realizadas por el freno. Por esta razón en servicios muy duros se utilizan frenos y poleas más anchas de lo normal, para que haya una mejor evacuación del calor y para que la temperatura que alcanza la polea no sea tan elevada, que dilate tanto que roce con las zapatas cuando el freno se encuentre abierto. En la actualidad esta solución está superada por la ofrecida por los frenos de pinza, ya que en éstos, el disco de frenado puede ser hueco, comportándose como un auténtico ventilador. Los sucesivos frenados del freno, además de producir un calentamiento dan lugar a un DESGASTE de los órganos en fricción, es decir, polea y zapatas; como la polea es de material de acero o hierro fundido, su desgaste es muy reducido y no ha de ser tenido en consideración. En las zapatas, el desgaste es mucho mayor, ya que llevan una guarnición de material especial, para dar coeficiente de fricción elevado, cuya dureza es inferior a la del acero y, por tanto, el desgaste mayor. Frenos hidráulicos La característica de estos frenos es poseer un accionamiento hidráulico que puede utilizarse, tanto para el frenado, como para el desfrenado. En esencia, el equipo consta de dos partes diferenciadas que son, el freno con su cilindro hidráulico (para el frenado o para el desfrenado) y la bomba de mando, que produce la presión necesaria en el líquido, amén de las tuberías de unión entre bomba y freno que trasmiten esta presión hidráulica. Pueden darse los siguientes tipos de frenos: FRENOS CON DESFRENADO HIDRÁULICO Estos frenos, en cuanto a su funcionamiento, son similares a los que hasta ahora hemos visto, con un sistema de frenado por resorte y un sistema de desfrenado hidráulico. El sistema hidráulico en realidad no produce el esfuerzo de desfrenado, sino que sirve como medio de transmisión, utilizando, para producir el trabajo de desfrenado, la energía aportada a la bomba de mando, ya sea por el esfuerzo humano o por otro medio de energía. El primer caso se utiliza únicamente en aplicaciones muy concretas, ya que para el operador o gruista es muy difi7—11 cultoso el tener que accionar continuamente el mando hidráulico (generalmente con el pie), para que el freno se mantenga abierto. Más frecuente es utilizar una bomba hidráulica alimentada con energía eléctrica, por ejemplo, para producir la presión del fluido que venza el resorte y de lugar a la apertura del freno. Pero el equipo se complica bastante y su coste es elevado, por lo cual su utilización se reduce a casos particulares (frenos de gran tamaño, varios frenos de funcionamiento simultáneo, etc). FRENOS DE FRENADO HIDRÁULICO El funcionamiento de estos frenos es inverso a todos los frenos que hasta ahora hemos visto, es decir, que el frenado no es producido por resorte,a sino que es por la presión del fluido en el cilindro del freno. Este tipo de frenos no se puede utilizar por lo tanto para los movimientos de maquinaria de elevación, donde sea necesario una retención de la carga (elevación, por ejemplo), ya que una avería en cualquier parte del equipo (una fuga de líquido en las tuberías) daría lugar a una apertura intempestiva del freno. Deben de utilizarse pues en movimientos de traslación o giro de las grúas donde haga falta únicamente una deceleración del sistema móvil, y además en estos casos es recomendado, ya que tanto en el caso de cilindro maestro, como en el de central hidráulica auxiliar, el esfuerzo sobre el pedal de la bomba determina la presión del liquido y por lo tanto, el par de frenado que de esta forma puede ser regulado fácilmente por el gruista. Este sistema es idéntico al freno de pedal de un coche, donde la mayor o menos presión sobre el pedal da lugar a frenados más o menos fuertes. 7—12 El dispositivo de mando, consta de una bomba hidráulica o cilindro maestro y una caja con los mecanismos necesarios para transformar el esfuerzo del operador sobre un pedal en el empuje recibido por la bomba y que ésta convierte en un caudal de liquido a través de las tuberías. Este líquido, actuando sobre el émbolo del cilindro del freno (o cilindro telescópico), produce el esfuerzo de frenado. Figura 12 Al dejar de actuar el operador sobre el pedal de la bomba, el líquido retrocede desde el cilindro del freno a la bomba, por el esfuerzo de un pequeño resorte situado en la parte mecánica del freno. Aun cuando una sola caja de mando puede accionar varios frenos, existen instalaciones (tuberías excesivamente largas, muchos frenos de funcionamiento simultáneo, cabina móvil, etc), en que resulta insuficiente y es preciso recurrir al auxilio de una central hidráulica de presión y sustituir la caja de mando a pedal, por una válvula de mando a pedal, para su control. Es evidente que un perfecto funcionamiento de la instalación, sólo puede obtenerse con una instalación cuidada no sólo en cuanto a los materiales (líquido hidráulico incomprensible, de baja viscosidad y antioxidante, tuberías del calibre adecuado, etc), sino también en lo referente a la instalación propiamente dicha: ausencia de codos bruscos, estrangulamientos, etc). Igualmente, se han de evitar toda clase de fugas, no solamente por lo que representan de pérdida de líquido, sino por la posibilidad de la entrada de aire al circuito del líqui7—13 do, pues este aire actúa como medio elástico que se comprime impidiendo la transmisión del esfuerzo. Es muy importante purgar el circuito periódicamente. Conservación A los pocos días de funcionamiento del freno, es conveniente efectuar una revisión completa, especialmente, en lo que se refiere al desgaste de las guarniciones, ya que en el montaje posiblemente no se adaptaron a la polea en toda su superficie, y con ello, el desgaste ha podido ser importante. Después de esta primera revisión, los frenos exigen un mantenimiento reducido, ya que son elementos robustos y previstos para los más duros servicios. Es conveniente, de forma periódica, engrasar ligeramente todos los bulones y articulaciones, teniendo la precaución de que no caiga ninguna gota e grasa o aceite sobre la polea de frenado, ya que reduciría de forma apreciable el coeficiente de fricción y, por tanto, el par de frenado. Para compensar el desgaste de las guarniciones es necesario efectuar una revisión periódica de la reserva del elemento de desfrenado, con una frecuencia tanto mayor, cuanto más duro sea el servicio de la grúa. Antes de que la reserva se agote, es necesario regular de nuevo el freno, para que la reserva vuelva a tener su valor primitivo. Cuando las guarniciones se hayan gastado totalmente, deben de ser reemplazadas. Es importante que los remaches de fijación de las guarniciones a las zapatas no lleguen a hacer contacto con la polea, pues abrirían en ésta canales o surcos, dando lugar a una superficie de fricción irregular que gastaría con rapidez las guarniciones; la polea debe de tener una superficie lisa y pulida. Para efectuar con rapidez el cambio de zapata, así como para los demás puntos de la conservación y regulación del freno, deberán seguirse las instrucciones correspondientes a cada tipo. 7—14 Frenos 2 Frenos de corriente continua Generalidades Los frenos AME de polea tipos NDM y NFM se caracterizan porque su desbloqueo se realiza mediante un electroimán de corriente continua. La diferencia entre los tipos señalados reside en la norma (DIN, NFC respectivamente), a que se ajusta. Construcción Básicamente, un freno de cualquiera de estos modelos está constituido por una base (1), sobre la que se articula el resto del freno y que contiene los agujeros de fijación. Mediante el brazo (2) y la armadura (3), articulados a la base por su extremo inferior, se trasmiten a las zapatas (4) la fuerza ejercida en su extremo superior por el resorte (5), a través del tirante (6). Ver la figura 13. La presión sobre la polea de las zapatas, con sus correspondientes guarniciones, origina sobre aquélla la aparición de las fuerzas tangenciales que constituyen el par de frenado. La carcasa (7), en cuyo interior se aloja la bobina (8), está, asimismo, articulada a la base por su extremo inferior consiguiendo, mediante la atracción magnética a la armadura (3) y el consiguiente acercamiento de sus extremos superiores, la compresión del resorte de frenado y, por lo tanto, el desbloqueo del freno. El freno cuenta, además, con dispositivos para desbloquear manualmente el freno (tuerca n° 9), regular la apertura de zapatas (tuercas 10), así como la posición de las mis7—15 mas (tope 11 y tornillo 12). Bajo demanda, pueden suministrarse con fin de carrera de apertura, enclavamientos, etc. Figura 13 Funcionamiento Los frenos NCIM son frenos de zapatas articuladas que funcionan a falta de corriente El par de frenado se obtiene por la acción de un resorte (1). La compresión de éste y por consiguiente el par de frenado, se regula apretando más o menos las tuercas (2). La apertura del freno se logra por un electroimán de corriente continua (14) incorporado directamente a la parte mecánica del freno. Regulación Aflojar las tuercas (2) y destensar el resorte (1) al máximo. Dar tensión al freno para que la carcasa haga contacto con la armadura. Caso de no disponerse de tensión, esto se llevará a cabo con la tuerca de desbloqueo manual (12) del freno. Actuando en el tornillo (3) desplazar la zapata lado electroimán para obtener entre la guarnición y la polea, a la altura del eje de articulación de la zapata, la separación indicada en la tabla de la última página. 7—16 Actuar sobre las tuercas (7) para obtener en la zapata opuesta la misma separación. Regular la tensión del resorte (1) en función del par a obtener, la longitud comprimida está indicada en la última página (cota A). Cortar la corriente o aflojar la tuerca de desbloqueo manual (12) de forma que las zapatas apoyen libremente sobre la polea: en esta posición regular los topes (8) hasta que hagan contacto con las zapatas, pero sin presionar excesivamente, bloquear todas las tuercas excepto la (12) que se situará a la cota C indicada en la tabla. Mantenimiento Todas las verificaciones y regulaciones deben hacerse con la polea fría. Vigilar el desgaste de las guarniciones. Vigilar el estado de la superficie de la polea, que debe estar pulido y sin marcas. Evitar las proyecciones de aceite o grasa sobre las guarniciones o la polea. Engrasar moderadamente las articulaciones de los frenos 7—17 Frenos 3 Frenos de corriente alterna Generalidades Los frenos AME de zapatas móviles tipo NDT y NFT de frenado a falta de corriente eléctrica, se componen de un conjunto mecánico que trasmite el esfuerzo del resorte a las zapatas que presionan sobre la polea y de un gato electrohidráulico que alimentado en corriente alterna trifásica comprime el resorte y realiza la apertura del freno. El gato electrohidráulico de mando sustituye ventajosamente a los electroimanes de corriente alterna, que por su elevada corriente de atracción tienen una cadencia de trabajo limitada por el calentamiento de las bobinas, además de los riesgos de caídas de tensión, etc. Construcción La parte mecánica de los frenos NDT y NFT se compone de una base (2) con los agujeros de fijación, dos trazos (3), la timonería superior con el resorte de frenado (8) y los dispositivos de regulación (9), y una palanca (6) de unión al órgano de mando (1). Ver la figura 14. Los dos brazos (3) contienen las zapatas articuladas (4), provistas de guarniciones de frenado y que están mantenidas en posición por los topes de zapatas (5). Las guarniciones de altas características de fricción y desgaste, pueden estar fijadas a las zapatas por remachado para fácil recambio o por pegado para mayor duración. Los topes (7) de los brazos permiten equilibrar el despegue de las zapatas con relación a la polea. 7—18 Figura 14 El par de frenado puede ser regulado desde su valor máximo a la mitad, actuando en las tuercas que comprimen el resorte. Regulaciones inferiores al 50% no son recomendables, ya que el tiempo de cierre del freno puede ser demasiado elevado. En la timonería superior puede adaptarse una palanca de accionamiento manual para casos eventuales de descenso. También pueden colocarse sistemas hidráulicos o neumáticos para realizar estas funciones de desbloqueo del freno o para otras funciones de frenado (ver hojas técnicas correspondientes a frenos NFT-EH, NDTE, NDIM, NFIM, etc). El gato electrohidráulico de mando puede contener dispositivos de regulación para descenso y ascenso que retardan la aparición o desaparición del par de frenado con relación a la señal eléctrica de mando. Para más detalles ver hoja técnica correspondiente. Para reducir las operaciones de mantenimiento del freno, éste puede estar provisto de sistema de recuperación automática del desgaste de las guarniciones (10): para más detalles ver documentación correspondiente. 7—19 Generalidades Los frenos NDT son frenos que funcionan a falta de corriente. El par de frenado se obtiene por la acción de un resorte (1): su tensión y por tanto el par de frenado, se regula apretando más o menos la tuerca (2). La apertura del freno se obtiene por medio de un gato electrohidráulico (11) alimentado con corriente alterna trifásica. Los motores de los gatos electrohidráulicos tienen una regleta de bornas que, por conexión en triángulo o estrella, permite la alimentación a dos tensiones trifásicas (normalmente 220 o 380 V). Todos los frenos NDT contienen agujeros de fijación que coinciden con los de otros tipos de frenos (NDM, NDIM, NDHE, etc.) con el fin de una intercambiabilidad. Regulación (Turbeles OOE/5-0E-1-II-IIE-111-111 E-IVE/6-VE/6-IVE/ 12-V/6-VE/ 12) Aflojar las tuercas (2) y destensar el resorte (1) al máximo. Aflojar los tornillos de tope (3) y (8). Aflojar las tuercas (4) y (7). Apretar la tuerca (4) para que la palanca levante algo de su posición inferior, es decir que el travesaño del gato electrohidráulico (11) quede a una distancia T de su posición inferior. Esta reserva de la carrera permite el desgaste de las guarniciones sin que el gato haga tope. El freno debe estar entonces con las guarniciones apoyando en la polea. Bloquear el brazo (5) en posición con la tuerca y contratuerca (7). Regular la tensión del resorte (1) según el ábaco en función del par de frenado deseado. Poner el gato electrohidráulico con tensión y éste debe subir libremente abriendo el freno. 7—20 Si la carrera del gato no es completa (debe ser de V mm) comprobar que los topes (3) están suficientemente flojos, que la tensión de alimentación es correcta, que el nivel de aceite es suficiente y que el tipo de aceite es el adecuado. Estando el gato electrohidráulico con tensión, regular los topes (3) para repartir por igual el despegue de las zapatas: un ligero juego debe quedar en uno de los topes. Estando el freno con las zapatas presionando la polea, regular los topes (8) hasta que hagan contacto con las zapatas, pero sin apretar excesivamente. Bloquear todas las contratuercas de los elementos de regulación. Figura 15 7—21 Frenos 4 Frenos hidráulicos Generalidades Los frenos hidráulicos tipo NDHE y NFHE funcionan a emisión de presión obtenida por la acción del operador sobre un dispositivo de mando a pedal. Conviene tener en cuenta que este tipo de frenos no asegura el bloqueo durante las paradas, solamente ejercen su acción cuando el operador acciona sobre el pedal de maniobra. El par de frenado obtenido es proporcional al esfuerzo ejercido sobre el pedal y su progresividad permite obtener una gran suavidad en las paradas para los movimientos de traslación y de dirección de grúas puente, orientación de las grúas, etc. Los frenos NDHE y NFHE están previstos para el empleo de líquido de freno sintético. Dos tipos de mando pueden ser previstos: MANDO DIRECTO Este conjunto comprende: uno o dos frenos NDHE o NFHE, una caja de mando a pedal, un depósito de líquido de frenos y eventualmente una válvula electromagnética para purga de aire mandada a distancia. Este con junto es válido solamente cuando la longitud de la tubería de alta presión que une el cilindro maestro a los cilindros receptores, no excede de 20 metros. En el caso de una longitud de tubería superior a 20 m de tuberías flexibles o de accionamiento de más de dos frenos, sería necesaria una gran carrera para el pedal de accionamiento, o un esfuerzo muy grande; en estas condiciones debe preverse un dispositivo de MANDO ASISTIDO. 7—22 MANDO ASISTIDO Este conjunto comprende: uno o varios frenos NFHE O NFHE, una central hidráulica y un distribuidor a pedal. Este mando permite el empleo de tuberías largas o complicadas y disminuye la carrera y el esfuerzo sobre el pedal de maniobra. Construcción Los frenos hidráulicos NDHE o NFHE comprenden: una base (1) con agua eros de fijación en la que se apoyan dos brazos idénticos (2) llevando zapatas móviles (3) unidos por una timonería superior conteniendo el cilindro receptor (4). Las guarniciones de fricción están colocadas sobre las zapatas. Las zapatas van provistas de unos topes de zapatas que las mantiene en posición con respecto a la polea (5). 7—23 Frenos 5 Frenos hidráulicos tipo NDHE. Instrucciones de regulación Generalidades Los frenos NDHE actúan por emisión de presión hidráulica obtenida por la acción del operador sobre un dispositivo de mando a pedal. No ocasionan el bloqueo del freno durante las paradas, ya que su acción se ejerce cuando el operador acciona el pedal de maniobra. El par de frenado es proporcional al esfuerzo ejercido sobre el pedal y su progresividad permite obtener una gran suavidad en las paradas para los movimientos de traslación en grúas puente, giro de grúas pórtico, etc. Los frenos NDHE previstos para ser utilizados con líquido de frenos sintético, pueden ser accionados por los tipos de mando: Mando directo: provocado por una caja de pedal que acciona una bomba de émbolo mediante una timonería. Mando asistido: en el que la presión hidráulica se produce por un grupo moto-bomba de una central hidráulica y la presión se regula por un distribuidor a pedal. 7—24 Regulación Para proceder a su regulación aflojar los tornillos (9) bascular el freno de forma que la zapata (3) del lado del cilindro entre en contacto con la polea, después apretando las tuercas (7) aproximar la zapata a la polea hasta obtener una cota de 1,5 mm entre la citada zapata (3) y la polea en el eje xx'. A continuación, mediante los topes (5) de zapatas, regular la posición de las zapatas con la polea y repartir el juego entre las dos zapatas, actuando sobre los tornillos (9) hasta que entren en contacto con la base: regular el resorte 11 a la cota D de la tabla: el freno está así en posición de trabajo. 7—25 Localización de Averías 7—26 7—27 7—28