Turbine Alignment: Tools and Strategies for Optimal Performance

27 de septiembre de 2025

Las turbinas son un componente esencial de muchos sectores, como los de generación de energía y petróleo y gas, por lo que mantenerlas operativas es una prioridad para los equipos de estos sectores. La alineación periódica es práctica habitual del mantenimiento preventivo, pero las máquinas grandes y complejas, como las turbinas de vapor y gas, pueden resultar especialmente difíciles de alinear.

En la presente guía se analizará la importancia de la alineación de turbinas y las dificultades a las que hacen frente los equipos durante el proceso de alineación. También analizaremos las herramientas y las prácticas recomendadas a las que los equipos pueden recurrir para garantizar una alineación precisa, incluso en entornos difíciles.

¿Qué es una turbina?

Una turbina es una máquina que convierte la energía de un fluido en movimiento (líquido, gas o aire) en energía mecánica rotacional, que a menudo se utiliza para generar energía eléctrica o accionar otras máquinas. Un ejemplo de ello son los aerogeneradores, que se utilizan para convertir la energía eólica en electricidad. Las turbinas de vapor hacen lo propio, convirtiendo el vapor producido en una caldera (a partir de fuentes como combustibles fósiles, reacciones nucleares o calor geotérmico) en energía mecánica rotacional, que luego se puede transferir a electricidad. Las turbinas de gas industriales también sirven para producir energía mecánica para accionar generadores, compresores o bombas.

Para que la energía se transfiera sin problemas, ya sea de un aerogenerador que se convierte en energía eléctrica o de una turbina de vapor que crea energía mecánica, todas las máquinas implicadas en el proceso deben estar correctamente alineadas con respecto al mismo eje de rotación.

Por qué es importante la alineación de turbinas

La desalineación de las turbinas provoca una eficiencia insuficiente durante el proceso de transferencia de potencia. La desalineación de las turbinas aumenta la fricción, por lo que parte de la energía producida se pierde en forma de calor (energía térmica) en lugar de transferirse al medio deseado. Las vibraciones también pueden aumentar, lo que supone una forma de energía mecánica desperdiciada.

Además del desperdicio de energía, el exceso de calor y vibraciones puede dañar las máquinas y los componentes. La desalineación provoca una distribución desigual de las fuerzas entre componentes como juntas, rodamientos y otros componentes, lo que acorta su vida útil y aumenta los costes de mantenimiento.

La desalineación es la causa principal de más de la mitad de las averías en los equipos giratorios y, en el caso de equipos gigantescos como las turbinas, el coste de reparación de dichas averías puede aumentar rápidamente. El aumento del mantenimiento para sustituir los componentes averiados también conlleva un tiempo de inactividad excesivo y un aumento de los costes de mano de obra, lo que afecta a los ingresos y la producción mientras los equipos trabajan para sustituir componentes o realizar reparaciones.

Cuanto más grande sea la turbina, más potencia va a ser capaz de convertir. No obstante, las mayores envergaduras también plantean importantes dificultades en cuanto a la alineación de turbinas.

Las dificultades de la alineación de turbinas

En un entorno de menor envergadura puede que apenas haya que alinear un par de ejes. Sin embargo, las alineaciones de turbinas más grandes y complejas exigen alinear un tren de máquinas completo, lo que abarca turbinas, generadores, compresores y cajas de cambios, a fin de cumplir con las tolerancias geométricas necesarias.

Pero esto es más fácil de decir que de hacer, especialmente en la generación de energía y otras grandes industrias que utilizan turbinas enormes. Entre las mayores dificultades de este tipo de alineación de acoplamiento múltiple se encuentran las siguientes:

• Restricciones de tamaño: los rotores y las carcasas de las turbinas pueden ser extraordinariamente grandes y pesados. Por ejemplo, las aspas de una turbina de vapor pueden alcanzar 1,83 metros (6 pies) de largo, mientras que las aspas de un aerogenerador pueden superar los 150 metros (492 pies), más largas que un campo de fútbol. Las carcasas pueden pesar miles de toneladas. Estos enormes tamaños pueden dificultar tanto la medición de la alineación como la consecución de la alineación.
• Peso: las turbinas de vapor están alojadas en una carcasa que debe retirarse para realizar una alineación correcta. Sin embargo, el peso excesivo de la carcasa puede desajustar las alineaciones. Aun cuando una alineación sin la carcasa superior se realiza perfectamente, volver a colocar la carcasa superior puede desplazar los componentes lo suficiente como para provocar una alineación incorrecta.
• Dilatanción térmica: la alineación de las turbinas de vapor puede ser especialmente difícil, ya que pueden funcionar a temperaturas superiores a 1093 °C (2000 °F). Dado que los materiales se dilatan a diferentes velocidades y debido a las temperaturas extrarodinariamente elevadas que pueden alcanzar estos componentes, la expansión térmica es un gran desafío para lograr la alineación de las turbinas de vapor y gas. Los componentes pueden expandirse muchos milímetros a 1093 °C (2000 °F), lo que requiere ajustes predictivos durante la alineación de turbinas.
• Aumento de los errores potenciales: los trenes de máquinas complejos con múltiples acoplamientos suelen incluir un rotor, una caja de cambios y un generador, que deben alinearse entre sí. Cada acoplamiento supone un nuevo posible punto de desalineación. Las grandes distancias entre los componentes, además de los múltiples acoplamientos, suponen un añadido de complejidad al proceso de alineación de turbinas.
• Acceso limitado: los entornos difíciles suelen provocar limitaciones de acceso y dificultades para efectuar mediciones de la alineación. Por ejemplo, es posible que las máquinas no se puedan girar completamente durante el proceso de alineación como consecuencia de su movimiento limitado. Las turbinas de las centrales nucleares se encuentran en zonas controladas debido a la radiación, lo que limita el acceso de los técnicos. Los técnicos también pueden tener la línea de visión obstruida o tener que trabajar en espacios reducidos.

A pesar de los desafíos, la alineación de turbinas se puede lograr con las herramientas y las prácticas de mantenimiento adecuadas.

Prácticas recomendadas de alineación de turbinas

Una correcta alineación de las turbinas es fundamental para garantizar una transferencia de energía eficiente, minimizar el desgaste y prolongar la vida útil de los componentes de los sistemas industriales y de generación de energía. A continuación se indican las prácticas recomendadas para lograr y mantener la alineación, incluso ante desafíos como la escala masiva, la dilatación térmica y los trenes de máquinas complejos.

1. Alinear durante la puesta en marcha

La alineación comienza en la fase de puesta en marcha, cuando se instala o revisa por primera vez un sistema de turbina. Esta alineación inicial establece la referencia de rendimiento y longevidad. Por ejemplo, un rotor de turbina de vapor, que puede pesar hasta 40 toneladas, debe alinearse dentro de un margen de 0,02 mm para garantizar un funcionamiento correcto con generadores o compresores. Utilice herramientas de alta precisión, como los sistemas de alineación por láser, para medir las líneas centrales de los ejes a través de grandes distancias, como los 20-30 metros de un tren de máquinas típico. Una alineación correcta durante la puesta en marcha reduce las vibraciones iniciales y evita el desgaste acumulado, lo que reduce los costes de mantenimiento durante toda la vida útil de la turbina.

2. Compensar las dilataciones térmicas

Para abordar la dilatación térmica, utilice los datos de crecimiento térmico proporcionados por el fabricante o los modelos de software para predecir las tasas de expansión de materiales como el acero o las aleaciones de titanio.

3. Recurrir a funciones avanzadas para la alineación de trenes de máquinas

Los sistemas de alineación por láser de hoy en día, como los de Prüftechnik, permiten capacidades de "movimiento en tiempo real", lo que permite a los técnicos ajustar los componentes en tiempo real mientras supervisan la alineación en todos los acoplamientos. Las herramientas de movimiento en tiempo real proporcionan información visual, lo que garantiza que los ajustes efectuados mantengan todo el tren dentro de los límites de tolerancia. Esto es de especial importancias en entornos sobre el terreno donde las dificultades de acceso complican la realización de estos ajustes.

4. Comprobaciones periódicas y establecimiento de tendencias de datos de alineación

La alineación no es una tarea puntual. Las comprobaciones periódicas son esenciales para mantener el rendimiento a medida que las turbinas envejecen o cambian las condiciones de uso. Programe inspecciones de alineación durante el mantenimiento planificado o después de incidencias importantes, como la recolocación de la carcasa. Utilice sensores de monitorización de vibraciones y alineación para analizar las tendencias de los datos a lo largo del tiempo, con el fin de identificar las desalineaciones graduales antes de que provoquen daños. Almacene los datos de alineación en el software de mantenimiento para llevar un seguimiento de las tendencias, como el aumento de la vibración o el desgaste de los rodamientos, y predecir cuándo va a ser necesario volver a ralinear.

Cómo los sistemas de alineación láser facilitan la alineación de turbinas

La alineación de turbinas mediante métodos tradicionales, como los indicadores de aguja, es tarea que resulta extremadamente difícil debido al tamaño y la complejidad de las máquinas implicadas. Sin embargo, se han diseñado sistemas de alineación de láser único como RotAlign, OptAlign y ShaftAlign para adaptarse al difícil entorno de alineación de ejes de turbinas. Estos sistemas disponen de varias características que hacen que la alineación perfecta sea un hecho factible.

El tamaño de las turbinas supone que no sea posible que giren libremente durante el proceso de alineación sin la ayuda de grúas, polipastos de cadena o elevadores hidráulicos. Funciones como el modo de medición IntelliPoint registran la alineación en varios puntos de detención, lo que elimina los errores causados por las desigualdades de rotación o el asenatmiento del eje.

Live Trend es otra función de Prüftechnik que mide y registra los cambios de posición en tiempo real provocados por la dilatación térmica producida durante el funcionamiento, por medio de la medición del desplazamiento paralelo y angular. Los equipos pueden utilizar esta información durante las alineaciones en frío para colocar los ejes de la turbina de modo que se alineen cuando alcancen la temperatura de funcionamiento máxima.

Incluso alinear trenes de máquinas complejos con múltiples acoplamientos es más fácil con las herramientas láser. RotAlign Touch puede alinear un tren de máquinas de hasta 14 máquinas. En el modo de acoplamiento múltiple, una sola vuelta del eje puede tomar lecturas de cada acoplamiento del tren, sin necesidad de trasladar los sensores de un acoplamiento a otro. El sistema proporciona resultados que muestran cuánto necesita mover cada máquina del tren para alcanzar la alineación, lo que proporciona procesos de trabajo listos para su uso con el fin de facilitar incluso las alineaciones de máquinas más complejas.

Todos los sistemas de alineación láser de Prüftechnik pueden cargar documentación digital directamente a la nube para facilitar el acceso, la notificación de información y la trazabilidad a largo plazo. De esta forma, se garantiza que cada alineación se registre, revise y almacene, lo que ayuda a los equipos a demostrar el cumplimiento de la normativa pertinente y a agilizar el mantenimiento en el futuro.

Los sistemas de alineación láser pueden reducir a la mitad el tiempo de alineación de las turbinas de vapor. Con los sistemas de alineación láser de Prüftechnik, la alineación de turbinas no solo se puede lograr, sino que también es eficiente, precisa y repetible.