Shaft Alignment Tolerances: What They Are, Why They Matter, and How To Achieve Alignment Within Tolerance
Una alineación correcta de la máquina es clave para prolongar su vida útil, mejorar la fiabilidad y reducir los costes de mantenimiento. Sin embargo, conseguir una alineación perfecta del 100% es casi imposible en algunas configuraciones, por lo que la mayoría de las máquinas y acoplamientos tienen tolerancias de alineación que proporcionan algunas alineaciones permisibles.
En esta guía se explica exactamente qué son las tolerancias de alineación y por qué son tan importantes a la hora de realizar alineaciones. También se ifrece orientación práctica sobre cómo lograr la alineación dentro de las tolerancias y por qué puede ser importante ajustar las tolerancias en ciertos equipos.
¿Qué son las tolerancias de alineación de ejes?
Las tolerancias de alineación son la cantidad de desalineación permitida, ya sea angular o descentrada, entre ejes acoplados que no sacrifica la fiabilidad. Las tolerancias proporcionan un rango dentro del cual la máquina puede seguir funcionando con la máxima eficiencia y con daños mínimos en los componentes.
Las tolerancias de alineación de ejes suelen estar determinadas por el régimen de giro la máquina: las RPM más altas requieren tolerancias más estrictas, mientras que las máquinas de movimiento más lento permiten que sean más generosasw.
Las normas de alineación de ejes estándar las establecen organismos como el American National Standards Institute (ANSI) y el American Petroleum Institute (API). También las especifica la Organización Internacional de Normalización (ISO). Sin embargo, las distintas máquinas pueden tener sus propias tolerancias de alineación especificadas por el fabricante.
Por qué son importantes las tolerancias de alineación de ejes
La alineación correcta de los ejes dentro de las tolerancias es fundamental para garantizar la longevidad y eficiencia de la maquinaria giratoria. Cuando los ejes están desalineados más allá de los límites aceptables, se transmiten fuerzas excesivas a los rodamientos, las juntas y otros componentes, lo que provoca un aumento de la vibración, el calor y el desgaste. Esto puede dar lugar a averías prematuras del equipo, costosos tiempos de inactividad y mayores gastos de mantenimiento. Respetar las estrictas tolerancias de alineación de ejes minimiza estas tensiones, lo que prolonga la vida útil de la máquina y sus componentes.
Además, la alineación precisa mejora la eficiencia operativa. Los ejes desalineados pueden provocar pérdidas de energía debido al aumento de la fricción y la vibración, lo que reduce el rendimiento general del sistema y aumenta los costes de servicios. En el caso de los acoplamientos, la alineación de ejes correcta garantiza que funcionen dentro de sus límites de diseño, con lo que se evita un desgaste excesivo o averías.
Más allá de los daños en el equipo, la desalineación de los activos críticos puede suponer riesgos para la seguridad, como averías imprevistas en compresores o turbinas de alta velocidad, lo que hace que la alineación precisa resulte esencial para la seguridad de los trabajadores.
Por último, lograr la alineación dentro de la tolerancia también mejora los indicadores clave de rendimiento, como el tiempo medio entre averías (MTBF) y el tiempo medio de reparación (MTTR), lo que optimiza el rendimiento y minimiza los costes operativos.
Tipos de desalineación de ejes
La desalineación se presenta de dos formas: de desplazamiento (también conocido como paralela, cuando los ejes se desplazan aparte) y angular (cuando los ejes están inclinados relativamente entre sí). Las tolerancias de alineación proporcionan la tolerancia máxima para ambos tipos de desalineación.
La tolerancia de desalineación paralela o de desplazamiento se mide en unidades diminutas, llamadas mils. Un mil es una milésima (o 0,001) de pulgada, aproximadamente la anchura de un cabello humano. Esta pequeña cantidad puede ser imperceptible a simple vista, pero solo unos pocos milímetros pueden marcar la diferencia entre una máquina que está alineada dentro de la tolerancia o una que está desalineada.
La desalineación angular se mide en mils por pulgada y describe cuánto se inclinan los ejes en una distancia determinada. Por ejemplo, una desalineación angular de 1 mil/pulgada significa que la separación entre las líneas centrales del eje aumenta en 1 mil por cada pulgada de longitud.
Otros factores que afectan a las tolerancias
Como hemos señalado anteriormente, las tolerancias de alineación de ejes dependen de la rapidez con la que gira una máquina y de cómo se comporta durante el funcionamiento. Las tablas de tolerancia de alineación de ejes basadas en la velocidad proporcionan directrices para una alineación incorrecta aceptable basada en la velocidad de rotación de la máquina. Estas tablas, a menudo proporcionadas por los fabricantes o las normas del sector, garantizan que la alineación se ajuste a las exigencias de la máquina, lo que reduce el desgaste de los rodamientos, las juntas y los acoplamientos.
Las máquinas también cambian durante el funcionamiento debido al crecimiento térmico y las cargas operativas. El calor hace que los componentes metálicos se expandan, lo que cambia la alineación de los ejes, mientras que fuerzas como el par de torsión o la tensión de las tuberías pueden provocar un mayor movimiento. Para contrarrestar esto, los técnicos realizan la alineación en frío, ajustando intencionadamente los ejes ligeramente desalineados para tener en cuenta los cambios previstos, de modo que se alineen perfectamente cuando la máquina esté en funcionamiento. Por ejemplo, si un motor aumenta 4 mils cuando está caliente, se alinea 4 mils por debajo cuando está frío. Las herramientas de alineación láser modernas simplifican estos ajustes teniendo en cuenta los datos de expansión térmica.
Tolerancias de alineación de ejes frente a tolerancias de alineación de acoplamientos
También es importante tener en cuenta que existe una distinción entre las tolerancias de alineación de ejes y las tolerancias de alineación de acoplamientos. Las tolerancias de alineación de ejes protegen la propia máquina, junto con componentes como los rodamientos y las juntas. Las tolerancias de alineación de acoplamientos protegen los acoplamientos, por lo que las tolerancias de alineación de acoplamientos pueden diferir de las tolerancias de alineación de ejes.
Las tolerancias de alineación de acoplamientos suelen ser mayores que las tolerancias de alineación de la máquina, especialmente en el caso de los acoplamientos flexibles. Sin embargo, en ciertos tipos de acoplamientos rígidos, el acoplamiento puede tener tolerancias más estrictas que el eje. La alineación de los ejes por sí mismos generalmente sitúa la alineación del acoplamiento dentro de las tolerancias de alineación de acoplamientos.
Qué hacer cuando un valor "dentro de la tolerancia" no es suficiente
Las tolerancias de alineación se expresan normalmente como un número que representa el desplazamiento máximo que aún se podría considerar dentro de la tolerancia. Por ejemplo, una tolerancia para una máquina podría ser 8 mils de desplazamiento y 0,5 mils/pulgada de tolerancia angular de desalineación. Esto supone que aunque 8 mils y 0,5 mils/pulgada estén dentro de la tolerancia, cualquier valor menor también estará dentro de la tolerancia.
En la mayoría de los casos, cuanto menor sea la desalineación, mejor funcionará la máquina. Así pues, aunque una alineación se desplace solo 8 mils, puede estar dentro de la tolerancia y una alineación de 6 mils, 2 mils menos que la tolerancia indicada, sería incluso mejor.
En muchas máquinas, el cumplimiento de las tolerancias publicadas por los fabricantes o las normas del sector garantiza un funcionamiento fiable. Estas tolerancias se han diseñado para aplicaciones generales en las que una desalineación menor no afecta significativamente al rendimiento. Equilibran la precisión con consideraciones prácticas como el tiempo y el coste de alineación, por lo que son adecuadas para activos no críticos o condiciones de funcionamiento estándar.
Sin embargo, para activos críticos como los compresores centrífugos en refinerías, los generadores en centrales de energía o los husillos de alta velocidad en la fabricación, unas especificaciones de alineación más estrictas pueden mejorar significativamente la vida útil y minimizar el tiempo de inactividad. Los equipos críticos a menudo funcionan a altas RPM o en condiciones exigentes (como funcionamiento continuo, par alto o en entornos difíciles), donde incluso las pequeñas desalineaciones pueden amplificar las vibraciones, someter a tensión los rodamientos y las juntas, o provocar averías catastróficas. El ajuste de las tolerancias más allá de los estándares publicados reduce estos riesgos, mejorando la fiabilidad y la seguridad.
Decidir cuándo ajustar las tolerancias implica sopesar las ventajas de una alineación más precisa frente al esfuerzo de lograr y mantener la alineación.
Alineación dentro de las tolerancias: la forma más sencilla
Los técnicos consiguen la alineación utilizando herramientas como indicadores de aguja, que miden la desalineación a medida que giran los ejes, o sistemas avanzados de alineación láser, que proporcionan datos en tiempo real y orientación automatizada para ajustes precisos.
Las herramientas de alineación de láser único de Pruftechnik incorporan tablas de tolerancias de alineación integradas para ayudarle a cumplir fácilmente las tolerancias de la especificación ANSI. Solo tiene que seleccionar el tipo de acoplamiento, el formato de acoplamiento, el diámetro y las RPM de la máquina, y el sistema de alineación ofrecerá una tabla con tres niveles de alineación: mínima, estándar y de precisión. La alineación mínima se encuentra dentro de la tolerancia, mientras que la alineación de precisión supera las cotas de tolerancia y es la alineación más precisa posible.
A continuación, solo tiene que realizar mediciones girando el eje, obtener resultados en tiempo real y seguir el flujo de trabajo guiado y automatizado hasta lograr la alineación dentro de la tolerancia.
En las máquinas que requieren tolerancias más estrictas que las estándar, las herramientas de Pruftechnik también permiten a los usuarios definir sus propias tolerancias, incluidas las tolerancias asimétricas, para lograr la alineación necesaria para su aplicación específica. Los técnicos pueden utilizar una etiqueta RFID para etiquetar la máquina y las herramientas de Pruftechnik pueden leer la RFID, conectarse a la nube y extraer datos históricos de alineación, incluidas las tolerancias especificadas por el usuario, para realizar alineaciones precisas más rápidas.
Las tolerancias de alineación indican a los técnicos lo cerca que deben estar las alineaciones, pero las herramientas de Pruftechnik facilitan la alineación dentro de la tolerancia, incluso para técnicos sin experiencia previa. Puede obtener más información sobre las herramientas de alineación láser de ejes de Pruftechnik aquí.