Alineación de ejes: métodos, tolerancias y errores comunes

Qué es la desalineación

Dos ejes acoplados están alineados cuando sus líneas de centro son colineales en operación. La desalineación se descompone en dos componentes, cada una en el plano vertical y en el horizontal:

• Paralela (offset): distancia entre las líneas de centro, medida en el plano del acoplamiento (mm).
• Angular: ángulo entre las líneas de centro, expresado como diferencia de abertura por cada 100 mm de diámetro (mm/100 mm) o en mrad.

La relación entre la abertura medida en el acoplamiento $\Delta g$ y el ángulo es:

con $D$ el diámetro sobre el que se mide la abertura.

Efectos de la desalineación

• Cargas adicionales en rodamientos y sellos, con reducción importante de su vida.
• Desgaste y calentamiento del acoplamiento.
• Vibración a 1X y 2X con componente axial alta.
• Mayor consumo de energía y, en casos severos, fisuras por fatiga en ejes.

Métodos

Tolerancias de referencia

Las tolerancias dependen de la velocidad: a más rpm, menos desalineación admisible. Valores típicos de tablas de fabricantes de sistemas láser, para acoplamientos cortos flexibles:

Son valores referenciales. Si el fabricante del equipo o del acoplamiento indica tolerancias más estrictas, mandan las suyas. ANSI/ASA S2.75 entrega la metodología para definir tolerancias y reportar resultados.

Crecimiento térmico

Muchos equipos se alinean en frío y operan calientes. La dilatación vertical de un soporte de altura $L$ (desde la base hasta la línea de centro) es:

con $\alpha \approx 11,5\times {10}^{-6}{\text{°C}}^{-1}$ para acero. Ejemplo: una bomba de agua caliente con 500 mm entre la base y el eje y un aumento de 40 °C en el soporte crece $\Delta L=11,5\times {10}^{-6}·500·40=0,23$ mm, más que la tolerancia de offset a 3.000 rpm. Si se alinea en cero en frío, queda desalineada en operación. La corrección es dejar un objetivo de alineamiento en frío que compense el crecimiento esperado.

Pata coja

La pata coja (soft foot) ocurre cuando una pata del equipo no apoya bien en la base. Al apretar el perno, la carcasa se deforma, cambia el alineamiento y aparece vibración. Se mide aflojando un perno a la vez y registrando el movimiento; como criterio práctico se corrige cualquier pata con más de 0,05 mm de movimiento.

Errores comunes

1. No corregir la pata coja antes de alinear.
2. Ignorar el crecimiento térmico.
3. Usar lainas dañadas, oxidadas o demasiadas lainas apiladas (lo recomendable es no más de 3 o 4).
4. No verificar el alineamiento después del apriete final de pernos.
5. Tensión de cañerías que desplaza la bomba (pipe strain).

Después de alinear, una validación con vibraciones confirma que el problema quedó resuelto y deja la línea base del equipo.

No solo ejes acoplados

El servicio de alineamiento de ejes acoplados cubre el caso tradicional. Las transmisiones con eje cardán y por poleas y correas tienen objetivos y tolerancias propios: en el cardán importan los ángulos de trabajo; en las poleas, el paralelismo y la coplanaridad de los canales.

Referencias

• ANSI/ASA S2.75-2017: Shaft Alignment Methodology.
• ISO 20816-3: evaluación de severidad de vibración (para verificar el resultado).