Ansi - Asa - S2.75-2017 Español
August 13, 2024 | Author: Anonymous | Category: N/A
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ANSI/ASA S2.752017/Parte 1 Metodología de alineación de ejes, Parte 1: Principios generales, métodos, prácticas y tolerancias Eugene Vogel Especialista en bombas y vibraciones EASA, Inc. Calle. Louis, MO, EE. UU. Eugene Vogel ha trabajado en la industria de reparación de maquinaria durante más de 30 años, especializándose en el análisis de vibraciones de equipos rotativos. Además de una amplia experiencia práctica en reparación de maquinaria, es autor de numerosos programas de educación y capacitación relacionados con el análisis de vibraciones, el equilibrio dinámico, la reparación de bombas y las tecnologías y procedimientos de mantenimiento predictivo. Actualmente es especialista en bombas y vibraciones para EASA, Inc. Tiene una maestría en educación matemática.
ANTECEDENTES En el período de tiempo alrededor de 2010, el Instituto de Vibraciones buscó establecer una capacitación para técnicos de alineación de ejes, similar a su capacitación para técnicos y analistas de vibraciones. Sin embargo, en ese momento no existía ningún estándar nacional o internacional para la alineación de ejes. Varios proveedores de herramientas de alineación y consultores de la industria habían publicado tolerancias para una alineación aceptable de acoplamientos flexibles, pero estas variaban entre las fuentes. Los fabricantes de maquinaria publicaron varias guías de alineación de ejes para sus máquinas específicas, pero éstas variaban mucho en cuanto a metodología y tolerancias aceptables. Existían algunos estándares específicos de la industria, como el estándar API para la instalación de máquinas, pero no se aplicaban fácilmente fuera de esas industrias específicas. Luego, el Vibration Institute lanzó un esfuerzo en conjunto con Acoustic Society of America (ASA), para producir un estándar de alineación de ejes que pudiera aplicarse ampliamente en todas las industrias, y que formaría una base para el desarrollo de capacitación para técnicos de alineación de ejes. El estándar presentado aquí es la culminación de ese esfuerzo. ALCANCE Era evidente al comienzo del esfuerzo que sería necesario limitar el alcance del estándar inicial a las configuraciones de máquinas que son comunes en todas las industrias. Hay literalmente docenas de configuraciones potenciales de máquinas, cada una con ciertas restricciones de alineación de ejes. Se tomó la decisión de limitar el alcance de este documento inicial a las máquinas descritas como “juegos de 4 cojinetes”, que se componen de dos ejes independientes, cada uno apoyado sobre un par de cojinetes y acoplados mediante un acoplamiento flexible. Los ejemplos más comunes de esta configuración son una combinación horizontal de motorbomba o motorventilador. La intención es ampliar este documento inicial con estándares adicionales que respondan a las necesidades específicas de otras configuraciones de máquinas, como máquinas verticales, juegos de 3 rodamientos, etc. El formato para comenzar con un documento inicial y ampliar con los estándares posteriores se establece con el conocido estándar de vibración ISO, 10816. Este estándar de vibración inicial ahora tiene más de 20 partes subsiguientes que abordan problemas de vibración para varios tipos de maquinaria. Además de brindar orientación sobre las tolerancias de alineación de ejes, la norma describe la metodología aplicable a las mediciones manuales y láser. Establece "Grados de calidad de alineación", describe las mejores prácticas para movimientos correctivos y aborda problemas básicos de montaje y base. El documento incluye una serie de Anexos informativos entre los que se encuentran los siguientes: • Principios de Alineación • Fórmulas de cálculo de movimiento de máquinas • Identificación y corrección de la tensión de la tubería • Métodos fuera de línea para funcionar (OLTR) • Sistemas de detectores láser • Modelado de alineación gráfica • Repetibilidad • Lista de verificación de alineación e instalación de maquinaria
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TOLERANCIAS Las tolerancias para la posición relativa aceptable del eje (tolerancias de alineación del eje) son una preocupación fundamental y, por supuesto, se proporcionan en la norma. Además, también se proporcionan tolerancias para otros factores críticos, como la planitud y el nivel de la base, el descentramiento del eje, el descentramiento del acoplamiento, la tensión de tuberías y conductos, el pie cojo y el movimiento de la maquinaria Offline To Running (OLTR).
Figura 1: Pautas para nivel, planitud y coplanaridad, ANSI/ASA S2.752017/Parte 1
Figura 2: Tolerancias de desviación del eje, ANSI/ASA S2.752017/Parte 1 Las tolerancias de descentramiento del eje en la Tabla 2 anterior se proporcionan como guía. Debe reconocerse que el descentramiento del eje y el descentramiento de la superficie del acoplamiento no afectan la alineación de la línea central del eje cuando se giran ambos ejes al realizar las mediciones de alineación. La recomendación enfática es girar siempre ambos ejes al realizar mediciones de alineación. Se proporciona una tolerancia para la tensión de tuberías y conductos. Las normas establecen que la tensión de la tubería o conducto, "... no será suficiente para causar cambios en la alineación del eje de una magnitud superior a 50 micrómetros (2 mils) verticales u horizontales medidos en el acoplamiento". Además, el Anexo C informativo proporciona una metodología para identificar y corregir la tensión de la tubería al realizar la alineación del eje en las bombas.
La mayoría de los técnicos involucrados en la alineación de ejes comprenden las consecuencias negativas de una condición de pie cojo y los procedimientos para identificarla. El estándar proporciona alguna dirección a este respecto: "Una indicación de movimiento de 50 μm (2 mils) en cualquier parte de cualquier pie, indica una condición de pie blando que requeriría corrección mediante el ajuste de cuñas en los pies". Muchas condiciones de pie blando son el resultado de una mala nivelación, planitud o coplanaridad de la base. El estándar proporciona una tabla de pautas (Figura 1). Una máquina puede estar bien alineada cuando está en ralentí y a temperatura ambiente, pero el calor y la tensión del par de torsión de la operación harán que las cajas de la máquina a través de un acoplamiento flexible se muevan entre sí, cambiando así la alineación del eje en la condición de operación. El estándar define "OLTR" (fuera de línea para el movimiento de maquinaria en funcionamiento). El Apéndice D proporciona un tutorial sobre la evaluación de OLTR y la configuración de los valores de alineación del objetivo. Las tolerancias para la alineación de eje a eje se incluyen en la sección Principios de alineación a continuación.
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METODOLOGÍA La norma proporciona un enfoque holístico del proceso de alineación de ejes. Se proporciona un diagrama de flujo que documenta los pasos clave y los puntos de decisión.
Figura 3: Diagrama de flujo del proceso de alineación
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Además de los Anexos descritos anteriormente, la norma incluye el Anexo B que brinda detalles de las fórmulas matemáticas para calcular los movimientos de corrección para varios conjuntos de indicadores de carátula. El resumen incluido de los métodos de montaje del indicador de carátula es instructivo; Se ilustran las configuraciones Rim & Face, Reverse Dial, Double Radial, Shaft to Couping Spool y FaceFace. El Anexo E explica el funcionamiento de los sistemas láser comunes. Una comprensión de cómo los sistemas láser miden realmente la desalineación de eje a eje es útil cuando se utilizan estas herramientas para analizar la condición de alineación. El Anexo F proporciona un tutorial sobre el modelado de alineación gráfica. El modelado gráfico es especialmente útil cuando se deben tratar condiciones de contorno como el límite de base o el límite de pernos. El Anexo G brinda orientación sobre la metodología para asegurar que las mediciones sean repetibles. Se establece una distinción entre precisión y repetibilidad. Una medición puede tener una precisión de una centésima de milímetro, pero si las mediciones posteriores producen lecturas que varían en uno o dos milímetros, los resultados no serán muy útiles. El Anexo H proporciona una lista de verificación útil que garantizará que no se salten pasos importantes y que los resultados se documenten correctamente. A continuación se incluye una descripción más detallada de algunos de estos Anexos.
PRINCIPIOS DE ALINEACIÓN Hay dos métodos comunes para evaluar la alineación de eje a eje. El desplazamiento y la angularidad entre las líneas centrales del eje se pueden utilizar como indicador de la alineación del eje. Un método alternativo se enfoca en el trabajo real realizado por el acoplamiento flexible para acomodar la desalineación de eje a eje. Los acoplamientos flexibles están construidos con dos cubos montados en ejes y un miembro flexible entre los cubos. El estándar se refiere al miembro flexible del acoplamiento como un "Enlace mecánico de acoplamiento" (CML). La desalineación de eje a eje se adapta a la angularidad entre cada uno de los cubos y el CML. El punto donde se produce esta angularidad se denomina plano de flexión.
Figura 4: Ángulos de plano flexible frente a compensación y angularidad, ANSI/ASA S2.752017/Parte 1
Cuando la alineación de eje a eje se ve en los planos de flexión, hay dos valores de ángulo de plano de flexión en lugar de un valor de desplazamiento y angularidad. Dado que los ángulos del plano de flexión representan con mayor precisión el trabajo realizado por el acoplamiento que los valores de compensación y angularidad, los ángulos del plano de flexión se utilizan en la norma para establecer las tolerancias de alineación para los acoplamientos flexibles. Este método para determinar las tolerancias también tiene la ventaja de reducirse a un único valor de tolerancia, un ángulo, en lugar de dos valores, un desplazamiento y un ángulo. La tolerancia de valor de ángulo único se aplica en cada uno de los dos planos de flexión y ambos deben estar dentro de la tolerancia. GRADOS DE CALIDAD DE ALINEACIÓN El estándar proporciona Grados de calidad de alineación (Grados de alineación) basados en los ángulos del plano flexible y la velocidad de funcionamiento de la máquina. Los grados de alineación se expresan en unidades de milésimas de pulgada o µm/mm, directamente relacionados con la relación entre el desplazamiento en el plano flexible y la separación del plano flexible. La tolerancia se proporciona gráficamente en un gráfico, en tablas o se puede calcular mediante la fórmula:
El estándar ha etiquetado tres Grados de Alineación: AL4.5 = Mínimo, AL2.2 = Aceptable, AL1.2 = Excelente. Un fabricante de máquinas o un proveedor de servicios 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 ventiladores que construye una máquina robusta destinada a un servicio rudo puede especificar AL2.0 para sus máquinas. Un fabricante de máquinas herramienta que desee un funcionamiento excepcionalmente suave puede especificar AL1.0 para sus máquinas. Una planta de fabricación podría especificar AL1.2 para cualquier máquina recién instalada, pero permitir AL2.2 cuando las condiciones de contorno limiten la máquina. se mueve
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Figura 5: Gráfico de grado de alineación Para determinar la condición de alineación real, determine ambos ángulos del plano flexible como la relación entre el desplazamiento en el plano flexible y la separación del plano flexible. Para la mayoría de los acoplamientos, la cara del cubo del acoplamiento puede considerarse el plano flexible. Para configuraciones de indicador de cuadrante inverso con el indicador montado en el plano flexible, el ángulo del plano flexible es simplemente el desplazamiento indicado por el cuadrante dividido por la distancia entre las caras de acoplamiento. Por lo tanto, una medición de compensación de alineación de acoplamiento (indicador de cuadrante inverso o sistema láser) de 0,004" en un plano flexible y una separación de plano flexible de 2" sería una relación de 4 mils/2" = 2 mils/in. La tabla de grado de calidad de alineación en el estándar muestra que a 1800 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, ambos ángulos del plano flexible tendrían que ser inferiores a 0,72 mils/in; el desplazamiento real medido tendría que ser inferior a 1,44 milésimas de pulgada en cada plano flexible. Estos valores se pueden calcular a partir de la fórmula proporcionada en la norma. Además, tenga en cuenta que dado que ambos ángulos del plano flexible deben estar dentro de la tolerancia, solo es necesario evaluar el mayor de los dos ángulos del plano flexible. El método más común para aplicar tolerancias es determinar el valor de tolerancia para la aplicación en particular y luego asegurarse de que el valor real medido esté por debajo de esa tolerancia. Dado que los valores de tolerancia del grado de alineación están en milésimas de pulgada (o µm/mm) y la separación del acoplamiento se mide fácilmente, es fácil convertir el grado de alineación en un valor de compensación real para cualquier RPM específico. Los resultados de esos cálculos para AL1.2, separación de acoplamiento de 2” y 1800 RPM se describen en el párrafo anterior. Los cálculos formales se muestran aquí con una separación de acoplamiento de 4” y 1800 RPM:
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= 2,7 mils/in, 2,7 x 4” = 10,6 mils de desplazamiento
= 1,31 mils/in, 1,31 x 4” = 5,3 mils de desplazamiento
= 0,72 mils/in, 0,72 x 4” = 2,9 mils compensación
Figura 6: Cálculos de desplazamiento en los planos flexibles para una separación de 4" y 1800 RPM Debería ser evidente que los grados de alineación son directamente proporcionales al desplazamiento real medido en el plano de flexión. Las configuraciones de indicador de cuadrante inverso y los sistemas de medición láser pueden proporcionar esos valores de compensación directamente. Rim & Face y otras técnicas de medición requieren una geometría simple para determinar el desplazamiento en el plano flexible. Esa geometría y procedimiento es el mismo que para determinar los movimientos de corrección para las cajas de la máquina, por lo que debe ser familiar para los técnicos de alineación.
Figura 7: Ejemplo de cálculo de ángulos de plano flexible. La Figura 7 ilustra una condición de alineación de ejemplo, con los cálculos para cada uno de los dos ángulos del plano flexible. Como el ángulo A es mayor, la tolerancia se aplicaría a este ángulo. Las tolerancias para la operación a 1800 RPM se muestran en la Figura 6, o se pueden leer en el cuadro de la Figura 5. La condición de alineación en el ejemplo cumpliría con el estándar Mínimo pero no cumpliría con la tolerancia Estándar.
Muchos técnicos de alineación están familiarizados con las tablas de tolerancia proporcionadas por varios proveedores de herramientas de alineación. El formato más común para esas tablas es proporcionar valores de compensación y angularidad de la línea central del eje para RPM de máquina comunes cuando la separación del cubo del acoplamiento es inferior a 4 ", y valores de compensación en el cubo del acoplamiento cuando la separación es superior a 4". Este método representa un compromiso entre la preocupación por las fuerzas realmente impuestas sobre el acoplamiento por la desalineación y el deseo de tener tolerancias en el formato que era popular cuando la alineación del acoplamiento se hacía solo con bordes rectos y galgas de espesores. Para mayor comodidad, la norma proporciona tablas en ese formato con valores que corresponden a las tolerancias AL4.5 Mínimo, AL2.2 Aceptable y AL1.2 Excelente. Cumplir los valores en el formato de compensación y angularidad garantizará que se cumpla la tolerancia correspondiente, pero debido a las diferencias geométricas entre los formatos de tolerancia, es posible que los ejes estén alineados más cerca de lo necesario. Eso no es malo para la máquina, pero puede requerir más tiempo y esfuerzo del necesario.
ANTECEDENTES Puede ser útil comprender dónde se originaron los grados de calidad de alineación; su validez está bien fundamentada. La mayoría de las tolerancias de alineación de ejes publicadas anteriormente permiten una mayor desalineación residual a velocidades de rotación más bajas y requieren una alineación más estricta a velocidades más altas. Cualquiera que sea el formato en el que se establezca una tolerancia, se puede convertir a un valor de ángulo de plano flexible equivalente para configuraciones de maquinaria razonables. Por lo tanto, una tolerancia se puede representar gráficamente como una curva de ángulos del plano flexible (eje vertical) frente a la velocidad de rotación de la máquina (eje horizontal). Una matriz de valores comunes de tolerancia de alineación se representa gráficamente de esta manera en la siguiente ilustración.
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Figura 8: El método gráfico utilizado para establecer los Grados de Calidad de Alineación; fuente ASCS2WG15 Documentos del comité El comité que desarrolló el estándar utilizó esta representación gráfica de las tolerancias existentes y trazó las líneas de tolerancia mínima, aceptable y excelente rojas y azules. Usando técnicas matemáticas de ajuste de curvas, estas líneas dibujadas se convirtieron en la fórmula simple de grado de alineación. Por lo tanto, independientemente de la tolerancia que haya estado en uso antes de este estándar, los valores de grado de alineación correspondientes no estarán muy lejos. Dado que los valores de Grado de alineación están en unidades de mils de compensación por pulgada o separación (o compensación de µm por mm de separación), y la fórmula se basa en la velocidad de rotación de la máquina, estos valores de Grado de alineación se pueden especificar sin tener en cuenta la separación del cubo del acoplamiento o velocidad de operación de la máquina. CÓMO REALIZAR MOVIMIENTOS DE MÁQUINAS La norma proporciona información útil y pautas para las inquietudes relacionadas con el movimiento de las cajas de las máquinas. El proceso de alineación de la maquinaria puede verse frustrado por problemas tales como condiciones de pie flojo, límite de base y límite de pernos. La norma menciona la necesidad de tornillos elevadores y técnicas relacionadas para ajustar la posición de la máquina de manera controlada. Se aborda la importancia de posicionar el espaciado axial (espacio de acoplamiento). El alcance de la norma es limitado en estas áreas, claramente no es un manual de capacitación, pero los técnicos de alineación que han encontrado estos problemas encontrarán útil la información provista en la norma.
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ANEXOS ÚTILES Si bien el estándar no es un manual de capacitación sobre alineación de ejes, varios de los Anexos brindan instrucciones sobre temas relacionados importantes: ANEXO B: FÓRMULAS DE MOVIMIENTO DE CORRECCIÓN Los sistemas de alineación láser proporcionan cálculos automáticos para movimientos de máquina correctivos. Pero para aquellos que no tengan esos sistemas disponibles, las técnicas para calcular cuánto se debe mover la carcasa de una máquina para lograr una alineación adecuada solo requieren proporcionar la medida de alineación a las dimensiones de la máquina. El Anexo B proporciona detalles sobre esos cálculos. Al ingresar la configuración y las dimensiones de la máquina, y la lectura del cuadrante, se calcula la cantidad de movimiento en cada pie. Se incluyen cálculos para cinco configuraciones de cuadrante: cuadrante inverso, borde y cara, doble radial, eje a carrete de acoplamiento y métodos de cara a cara.
Figura 9: Ejemplo de cálculos de movimiento de corrección
ANEXO D – MOVIMIENTO OLTR La alineación de ejes normalmente se realiza con una máquina fuera de línea y fría (temperatura ambiente). Pero en funcionamiento normal, la mayoría de las máquinas experimentan algún cambio de temperatura, generalmente un aumento de temperatura. El movimiento de la máquina resulta del cambio de temperatura. Además, durante la operación, la tensión del par de torsión y la tensión de la tubería harán que la carcasa de la máquina se mueva de la posición alineada en frío. Para permitir estos movimientos de funcionamiento fuera de línea (OLTR), la alineación en frío debe compensarse de modo que, cuando la máquina llegue a la condición de funcionamiento normal, se mueva a la alineación adecuada. Se necesita un estudio del movimiento OLTR de la máquina para determinar la cantidad de compensación, conocida como la configuración "objetivo". El Anexo D detalla el proceso de establecer valores objetivo y aplicarlos al proceso de alineación, con gráficos e ilustraciones.
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ANEXO F MODELADO DE ALINEACIÓN Un modelo de alineación es una imagen exagerada de una condición de desalineación de un sistema de transmisión. Los modelos de alineación pueden ser tan complejos como el sistema de accionamiento. Los sistemas de transmisión de elementos múltiples, las transmisiones en ángulo recto y la maquinaria orientada verticalmente se pueden trazar en modelos de alineación. El modelado muestra la cantidad relativa y la dirección de los movimientos de la carcasa de la máquina necesarios para lograr la alineación adecuada. Cuando los modelos se escalan correctamente, la cantidad de movimiento requerida se puede determinar con precisión. Algunos técnicos prefieren este método visualgráfico al cálculo manual descrito en el Anexo B.
Figura 10: Ejemplo de un modelo de alineación gráfica.
ANEXO H – LISTA DE VERIFICACIÓN DE INSTALACIÓN DE MAQUINARIA La planificación es importante para el éxito. El diagrama de flujo (Figura: 3) ilustra los pasos lógicos de configuración que garantizarán un proceso de alineación de ejes eficaz y eficiente. La lista de verificación en el Apéndice H es un enfoque más simplificado para garantizar que no se pierdan pasos importantes. La lista de verificación, al igual que el diagrama de flujo, pretende ser una plantilla que se puede modificar según sea necesario para cumplir con situaciones específicas de la planta, la empresa o el contratista.
CONCLUSIÓN La ausencia de un estándar integral de alineación de ejes ha sido un obstáculo para la creación de procedimientos de trabajo y capacitación efectivos. Este estándar 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 aportes de una amplia gama de expertos técnicos en maquinaria, los procedimientos de trabajo y las especificaciones técnicas pueden estar de acuerdo y los técnicos que realmente realizan el trabajo de alineación de ejes no tienen que depender de un mosaico de mejores prácticas y, a veces, reglas de funcionamiento erróneas. pulgar.
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REFERENCIAS Norma ISO 108161 Vibración mecánica. Evaluación de la vibración de la máquina mediante mediciones en piezas no giratorias. Parte 1: Directrices generales. DIN ISO 79191 Vibración mecánica de máquinas no recíprocas Mediciones en ejes giratorios y evaluación Parte 1: Directrices generales
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