Se adoptó el nuevo estándar de alineación de ejes ANSI/ASA

La alineación de ejes es un paso crítico en la instalación de maquinaria rotativa, en una instalación nueva o en una máquina reparada. Omitir o equivocarse en este paso puede disminuir la eficiencia operativa y acortar la vida útil de la máquina. El procedimiento para alinear dos máquinas rotativas requiere medir las posiciones relativas de sus ejes y ajustar una o ambas cajas de la máquina, por lo general colocando calzas en los pies. Sin embargo, hasta hace poco tiempo, qué tan cerca deben alinearse los ejes era una pregunta abierta. Eso cambió con la publicación del estándar 2.75-17 del American National Standards Institute/Acoustical Society of America (ANSI/ASA). Aquí hay un resumen de lo que cubre y cómo beneficiará a los usuarios involucrados en la alineación de máquinas de eje.

Antes de continuar, es importante reconocer que ANSI/ASA S2.75-17 representa un gran paso adelante. Anteriormente, no existía un estándar en toda la industria para establecer las mejores prácticas y tolerancias de alineación de ejes; por lo tanto, la tarea recayó en los fabricantes de maquinaria y las organizaciones centradas en aplicaciones específicas de la industria.

Por ejemplo, American Petroleum Institute (API) 670 proporcionó tolerancias de alineación de ejes para ciertas bombas hidrodinámicas utilizadas en la industria petroquímica. La guía sobre tolerancias de alineación de ejes y mejores prácticas fue desarrollada por varios expertos en ingeniería mecánica de la industria y por proveedores de instrumentos de alineación de ejes. Aunque los más ubicuos usan metodologías y curvas similares para ilustrar tolerancias más estrictas para máquinas de mayor velocidad, varían considerablemente en la desalineación residual permisible.

En diciembre de 2013, el Vibration Institute y la ASA iniciaron un esfuerzo conjunto para crear un estándar de alineación de ejes universal para toda la industria. Ese esfuerzo culminó en 2017 con la publicación de "ANSI/ASA S2.75-2017: Metodología de alineación de ejes, Partes 1 y 2. Parte 1: Principios generales, métodos, prácticas y tolerancias". Esta norma aborda la alineación de ejes de la configuración de máquina más común: una máquina horizontal con un conductor y un componente impulsado, cada uno con dos cojinetes (un juego de cuatro cojinetes) y un acoplamiento flexible entre los ejes. "Parte 2: Vocabulario" define los términos utilizados en la Parte 1. La Parte 3, cuya publicación está programada para 2022, abordará la alineación de ejes de máquinas verticales.

Además de orientación sobre las tolerancias de alineación de ejes, ANSI/ASA S2.75-2017 proporciona una metodología para mediciones manuales y láser. También establece grados de calidad de alineación, describe las mejores prácticas para movimientos correctivos y aborda problemas básicos de montaje y base. Adicionalmente, el documento incluye varios anexos informativos, entre ellos:

Entre las preocupaciones fundamentales que aborda ANSI/ASA S2.75-2017 se encuentran las tolerancias aceptables de la posición relativa del eje (alineación del eje). También prescribe tolerancias para otros factores críticos, como la planitud y el nivel de la base, el descentramiento del eje, el descentramiento del acoplamiento, el pie cojo y el movimiento de la maquinaria OLTR.

Además, la norma especifica una tolerancia para la tensión de tuberías y conductos, que "no será suficiente para causar cambios en la alineación del eje de una magnitud superior a 50 micrómetros (2 mils; mil = 1/1000 de pulgada) medidas verticales u horizontales en el acoplamiento". El Anexo C incluido proporciona una metodología para identificar y corregir esta condición al alinear los ejes de la bomba.

Es importante destacar que ANSI/ASA S2.75-2017 proporciona un enfoque integral para el proceso de alineación de ejes, incluido un diagrama de flujo que muestra los pasos clave y los puntos de decisión.

De los dos métodos comunes para evaluar la alineación de eje a eje (consulte la imagen superior del rotador), uno usa el desplazamiento y la angularidad entre las líneas centrales del eje para indicar la alineación. El otro evalúa el desplazamiento en cada una de las dos caras de acoplamiento en relación con la distancia entre ellas, produciendo un par de ángulos descritos en mils de desplazamiento/pulgadas de separación (mils/in o µm/mm).

ANSI/ASA S2.75-2017 se refiere al miembro flexible entre los cubos de acoplamiento como enlace mecánico de acoplamiento (CML). La angularidad entre el CML y cada cubo que se produce en un punto llamado plano de flexión acomoda la desalineación de eje a eje. Debido a que estos dos ángulos del plano flexible representan el trabajo realizado por el acoplamiento flexible con mayor precisión que los valores de compensación y angularidad, ANSI/ASA S2.75-2017 utiliza este método para establecer las tolerancias de alineación.

Otra ventaja de este método es que reduce la tolerancia requerida en ambos planos de flexión de dos valores (un desplazamiento y un ángulo) a un solo ángulo, lo que lo hace más fácil de lograr.

ANSI/ASA S2.75-2017 proporciona grados de calidad de alineación en unidades de milésimas de pulgada (µm/mm) en función de la velocidad de funcionamiento de la máquina y los ángulos del plano flexible, directamente relacionados con la relación entre el desplazamiento en el plano flexible y la separación del plano flexible. . Las tolerancias se proporcionan en tablas y gráficamente en una tabla de grados de alineación (Imagen 1). También se pueden calcular mediante la fórmula de la Ecuación 1.

El gráfico destaca tres grados de alineación: AL4.5 = mínimo; AL2.2 = aceptable; y AL1.2 = excelente. Un fabricante de máquinas, un proveedor de servicios o un usuario final puede elegir cualquier grado de alineación en función de la construcción de la máquina y las condiciones de funcionamiento, independientemente de la velocidad de funcionamiento. Por lo tanto, un fabricante de bombas que construye máquinas robustas para un servicio rudo puede especificar AL2.0 para sus máquinas, mientras que un fabricante de máquinas herramienta que desee un funcionamiento excepcionalmente fluido puede especificar AL1.0. Una planta de fabricación podría especificar AL1.2 para máquinas recién instaladas, pero permitir AL2.2 cuando las condiciones de contorno (p. ej., límite de pernos o límite de base) limitan los movimientos de la máquina.

Por ejemplo, una medición de compensación de alineación del acoplamiento (indicador de cuadrante inverso o sistema láser) de 0,004 pulgadas en un plano flexible y una separación del plano flexible de 2 pulgadas sería una relación de 4 mils/2 pulgadas = 2 mils/pulgada (Imagen 4) . El gráfico de grados de alineación (Imagen 3) muestra que a 1800 rotaciones por minuto (rpm), un ángulo de plano flexible de 2 mils/in está por encima de AL2.2 y por debajo de AL4.5. Para mejorar esta alineación a AL1.2, los ángulos de ambos planos flexibles deben ser inferiores a 0,72 mils/in, con un desplazamiento real medido de menos de 1,44 mils en cada plano flexible. Estos valores se pueden calcular a partir de la fórmula mencionada anteriormente. Nota: Ambos ángulos del plano de flexión deben estar dentro de la tolerancia, por lo que solo es necesario evaluar el mayor de los dos.

Muchos técnicos de alineación están familiarizados con las tablas de tolerancia que proporcionan varios proveedores de herramientas de alineación. Por lo general, estas tablas dan valores de desviación y angularidad de la línea central del eje para rpm de máquinas comunes cuando la separación del cubo del acoplamiento es inferior a 4 pulgadas y valores de desviación en el cubo del acoplamiento cuando la separación es superior a 4 pulgadas. Este método representa un compromiso entre las preocupaciones sobre las fuerzas que la desalineación impone en los acoplamientos y el deseo de tener tolerancias en el formato que era popular cuando la alineación de los acoplamientos se realizaba solo con bordes rectos y galgas de espesores.

Para mayor comodidad, ANSI/ASA S2.75-2017 proporciona tablas en formato de compensación y angularidad con valores que corresponden a sus tolerancias AL4.5 mínimo, AL2.2 aceptable y AL1.2 excelente. Cumplir con esos valores asegurará la conformidad con las tolerancias correspondientes en el estándar, pero las diferencias geométricas entre los formatos de tolerancia pueden resultar en una alineación más estrecha de lo necesario. Si bien eso no es malo para la máquina, puede requerir más tiempo y esfuerzo.

ANSI/ASA S2.75-2017 no es un manual de capacitación, pero brinda información y pautas para mover las cajas de las máquinas, un paso en el proceso de alineación que puede verse frustrado por problemas tales como pies cojos y ataduras en la base o en los pernos. condiciones. Por ejemplo, menciona los tornillos niveladores y las técnicas relacionadas para ajustar la posición de la máquina de manera controlada y aborda la importancia del posicionamiento del espaciado axial (espacio de acoplamiento). Aunque de alcance limitado, esta información será útil para los técnicos de alineación que se encuentren con estos problemas.

La ausencia de un estándar integral de alineación de ejes ha sido un obstáculo para la creación de procedimientos de trabajo y capacitación efectivos. ANSI/ASA S2.75-2017 marca un nuevo día para los usuarios finales, proveedores de instrumentos y consultores involucrados en la alineación de ejes de maquinaria. Con un estándar integral, producido con la participación de una amplia gama de expertos técnicos en maquinaria, los procedimientos de trabajo y las especificaciones técnicas pueden concordar, y los técnicos de alineación de ejes no tendrán que confiar en un mosaico de mejores prácticas y, a veces, en reglas generales erróneas.

La Parte 1 de ANSI/ASA S2.75-2017 aborda la alineación de conjuntos comunes de cuatro cojinetes con acoplamientos flexibles, y la Parte 3, que se publicará próximamente, cubrirá las máquinas verticales que a menudo tienen acoplamientos sólidos o transmisiones de eje cardán. Si bien es posible que vengan partes adicionales, las partes 1 y 3 juntas abarcarán el segmento principal de las máquinas industriales comunes.

Eugene Vogel es especialista en bombas y vibraciones en EASA, Inc. en St. Louis, Missouri. Puede comunicarse con él al 314-993-2220 o al 314-993-1269 (fax). Para obtener más información, visite www.easa.com.