Cómo comprobar la alineación del acoplamiento de la bomba
5 de marzo de 2025
El equipo de mantenimiento lo hizo todo bien: apagaron el motor, midieron la alineación de los ejes con precisión y realizaron los ajustes necesarios. A temperatura ambiente, las cifras eran perfectas. Sin embargo, unas horas después de la puesta en marcha, algo iba mal.
La máquina vibraba más de lo esperado. Los rodamientos estaban más calientes de lo habitual. Los acoplamientos mostraron indicios de desgaste prematuro. En cuestión de semanas, el equipo vuelve a inspeccionar los problemas y se pregunta qué se pasó por alto. La mayoría de los técnicos da por sentado que, si una máquina está alineada en reposo, seguirá así. Pero, cuando el sistema está en marcha, el calor lo cambia todo.
La dilatación térmica es la fuerza silenciosa que cambia la alineación de los ejes cuando aumentan las temperaturas. A medida que el equipo giratorio se calienta, los componentes metálicos se expanden, a veces por milésimas de pulgada, a veces por milímetros. Los entornos a altas temperaturas, como las centrales eléctricas y las refinerías, son especialmente vulnerables a este cambio térmico dinámico.
Adelantarse a la dilatación térmica puede marcar la diferencia entre un funcionamiento impecable y las averías frecuentes. En este artículo, explicaremos cómo tener en cuenta la expansión térmica durante la alineación y los cambios a medida que las máquinas se calientan.
El cambio invisible: cómo se altera la alineación con el calor
Aunque la mayoría de los equipos entienden que el calor causa expansión, no se dan cuenta de lo impredecible que puede ser. El calentamiento desigual, las propiedades variables del material y los diferentes pesos de la carga implican que la dilatación térmica no siempre se produzca como cabría esperar. Y como la expansión térmica ocurre en todas las direcciones, los cambios de alineación no siempre son lineales o uniformes. Un componente de máquina puede calentarse más rápido que otra, o un material puede expandirse más que su equivalente cercano.
Por lo tanto, la alineación aparentemente perfecta en el taller parece convertirse de repente en una desalineación sobre el terreno. Esto puede dar lugar a:
- Vibración excesiva
- Mayor consumo de energía
- Avería prematura de los rodamientos y juntas
- Período de inactividad no programado
Y la desalineación de los ejes no es el único problema. Si una máquina se calienta más de lo esperado, podría apuntar a desgaste de los rodamientos, ineficiencias eléctricas u otros problemas subyacentes. Aun con una lubricación adecuada, la fricción sigue generando calor. Los motores y los componentes eléctricos aumentan la carga a medida que se acumula resistencia en sus circuitos.
Si no se controla, lo que empieza como problemas de alineación debido a la expansión térmica puede convertirse en un problema de fiabilidad mucho mayor que cueste miles de euros en tiempo de inactividad, reparaciones y pérdida de producción.
La dilatación térmica en diferentes tipos de activos
a dilatación térmica puede tener un impacto significativo en la alineación del eje de la turbina, especialmente en las grandes turbinas industriales de vapor o gas.
Debido a que las diferentes partes de una máquina se calientan a velocidades y cantidades variables, pueden expandirse de forma desigual. A medida que la turbina se calienta, el eje y la carcasa se expanden, lo que puede desplazar la línea central del rotor vertical u horizontalmente. Este cambio desalinea el eje con respecto al equipo accionado (p. ej., el generador o compresor), lo que puede provocar tensión en el acoplamiento, vibraciones o incluso daños en los rodamientos.
Sin embargo, la expansión térmica afecta a un amplio abanico de equipos rotativos, no solo a las turbinas, y cada tipo de activo reacciona al calor de forma diferente.
Las bombas, especialmente las verticales, experimentan una expansión axial y radial que puede cambiar la posición del eje de manera significativa. Sus largas longitudes de eje y su orientación vertical las hacen especialmente vulnerables a la desalineación de los gradientes térmicos de abajo a arriba.
Los motores eléctricos se calientan de forma desigual en función de la ventilación, las superficies de montaje y las condiciones de carga. La desalineación debida a la dilatación térmica suele aparecer como picos de vibración durante el arranque o después de ciclos largos.
Los compresores funcionan a altas presiones y cargas fluctuantes. Esto hace que sean propensos al calentamiento asimétrico, especialmente si los sistemas adyacentes (como tuberías o refrigeradores) aplican una tensión desigual. Las líneas centrales del eje pueden cambiar de manera inesperada a medida que aumenta la temperatura.
Las cajas de cambios pueden experimentar dilatación térmica tanto en los alojamientos como en los ejes, lo que puede provocar una desalineación interna. La temperatura del lubricante también desempeña un papel importante: a medida que el aceite se calienta, los cambios de viscosidad aceleran el desgaste de los componentes internos si se produce una desalineación.
Conocer los patrones de calentamiento únicos de cada tipo de máquina ayuda a determinar los objetivos de alineación térmica con mayor exactitud y permite la detección temprana de averías relacionadas con desalineaciones.
Cómo los técnicos tienen en cuenta la dilatación térmica
Los técnicos de diseño y mantenimiento llevan mucho tiempo empleando conceptos como "alineación en frío" y "alineación en caliente" para abordar el movimiento térmico. No obstante, la clave reside en saber cuándo y cómo aplicarlos.
La alineación en frío implica desplazar intencionalmente los componentes durante la parada, de modo que se alineen una vez que la máquina alcance la temperatura de funcionamiento. Esta estrategia implica predecir con precisión cuánto crecerá cada componente.
La alineación en caliente, por el contrario, implica medir las máquinas mientras están calientes, ya sea durante el funcionamiento o tras un apagado controlado. Esto resulta útil para conocer la posición de ejecución real de un componente.
Muchos fabricantes de equipos originales (OEM) proporcionan ahora objetivos térmicos o valores de desplazamiento para ayudar a la instalación. Con estos valores, los técnicos pueden determinar la distancia a la que ajustar o mover los componentes durante la alineación inicial para tener en cuenta el crecimiento.
Por qué los métodos tradicionales no aciertan con la dilatación térmica
Las herramientas de alineación manual, como las galgas de espesores y los indicadores de aguja, funcionan bien en condiciones estáticas, pero la expansión térmica introduce variables dinámicas que estas herramientas no pueden supervisar.
la dilatación térmica rara vez es uniforme. Por ejemplo, los motores refrigerados por ventilador pueden enfriarse de forma desigual en su carcasa, lo que provoca un movimiento asimétrico del eje. Los indicadores de aguja no pueden detectar fácilmente estos cambios, especialmente si se producen gradualmente durante el calentamiento.
Aunque la desalineación de los ejes debido a la dilatanción térmica puede parecer mínima al apagarse, el movimiento vertical o desplazamiento angular se hacen evidentes cuando se calienta. Los métodos tradicionales no tienen en cuenta la direccionalidad ni la velocidad del cambio térmico y, cuando alguien se da cuenta del error, es posible que ya haya daños.
Las herramientas láser digitales salvan esta brecha haciendo un seguimiento del movimiento térmico en tiempo real, lo que elimina las conjeturas y garantiza que las correcciones se basen en el comportamiento real de la máquina, no en suposiciones.
El cálculo que lo cambia todo
Entonces, ¿cómo prepararse para la desalineación debido a la dilatación térmica, dada su imprevisibilidad y variabilidad entre las distintas máquinas?
El primer paso es comprender exactamente cuánto movimiento se está produciendo y dónde. Esto significa medir la expansión térmica que se puede esperar de cada máquina.
Para predecir la expansión térmica, se necesitan tres cifras:
- Cambio de temperatura (T): la diferencia entre la temperatura ambiente y la temperatura de funcionamiento
- Longitud del eje (L): la distancia desde la base de la máquina hasta la línea central del eje
- Coeficiente de material (C): la velocidad a la que el metal se expande por grado de cambio de temperatura
Dilatación térmica = T x L x C.
Por ejemplo, si un eje de acero inoxidable comienza a 70 grados Fahrenheit, se calienta hasta 130 grados y tiene 10 pulgadas de largo, se expande 60 x 10 x 0,0000074 = 0,00444 pulgadas.
Eso es menos de cinco milésimas de pulgada, que parece poco, pero es suficiente para desalinear la maquinaria giratoria.
Cómo ir un paso por delante de la dilatación térmica
Saber cuánto se expandirá una máquina es el primer paso, y compensar esa expansión es el siguiente.
Pero tenemos buenas noticias: no es necesario jugar a las conjeturas con la dilatación térmica. Si hace la planificación pertinente para tenerla en cuenta durante la alineación, se asegurará de que los ejes permanezcan alineados conforme a las especificaciones cuando más lo necesite. En lugar de repetir la alineación cuando se produzca la dilatación térmica, puede predecir el movimiento introduciendo previamente los objetivos de dilatación térmica en RotAlign Touch, ajustarlos en consecuencia y hacerlo bien de primeras. Para ello, siga los siguientes pasos:
Conozca los riesgos de expansión térmica
Consulte los datos de temperatura anteriores de su equipo y mida las temperaturas de funcionamiento reales, en lugar de recurrir a estimaciones. Las especificaciones del fabricante ofrecen un punto de partida útil, pero confirmarlas con datos reales garantiza una mayor precisión y fiabilidad.
Deje que la calculadora de dilatación térmica ROTALIGN Touch se encargue
Con RotAlign Touch, hacer ajustes en función de la dilatación térmica es muy sencillo.
Basta con introducir tres valores:
- Temperatura de arranque (cuando la máquina está apagada)
- Temperatura de funcionamiento (en marcha a plena carga)
- Distancia desde la base de la máquina hasta la línea central del eje
El sistema calcula automáticamente la compensación de dilatación térmica exacta que se necesita, sin tener que hacer cálculos complejos.
Observe los cambios en tiempo real
La función Live Trend de RotAlign Touch realiza un seguimiento del movimiento de los ejes a medida que la máquina se calienta de manera dinámica, lo que le permite ver si la dilatación térmica se produce de manera uniforme o si la desalineación se desarrolla en una dirección más que en la otra.
El sistema utiliza sensores láser de alta precisión para supervisar los cambios de posición a medida que la máquina pasa del arranque en frío al funcionamiento a pleno rendimiento. Una vez que la máquina se enciende y comienza a calentarse, el dispositivo registra cada cambio de posición y realiza un seguimiento de la dilatación térmica vertical y horizontal a medida que aumentan las temperaturas. Cuando la máquina alcanza la temperatura de funcionamiento máxima, el sistema capta el estado de alineación final. Los técnicos pueden utilizar esos datos para establecer objetivos de alineación precisos, lo que garantiza que, una vez que se produce la expansión térmica, los ejes se coloquen exactamente donde deberían estar. Por lo tanto, al alinear la máquina en función de su comportamiento real, se elimina la necesidad de corregir la desalineación después del arranque.
Live Trend también supervisa la tensión de las tuberías y el movimiento de la máquina relacionado con el proceso durante las fases de aceleración y desaceleración, lo que le proporciona una visión completa de cómo actúan las fuerzas en su equipo a lo largo de todo el ciclo de funcionamiento. Además, puesto que la alineación es solo parte de la ecuación, Live Trend también realiza un seguimiento de la vibración de la máquina, lo que ayuda a detectar señales de advertencia tempranas de asimetría, tensión excesiva o averías antes de que se agraven.
Una sola alineación para un funcionamiento impecable
Con RotAlign Touch, tener en cuenta la dilatación térmica es rápido y preciso y no requiere esfuerzo, lo que permite una alineación fiable y un funcionamiento continuo de las máquinas con la máxima eficiencia.
Un fabricante mundial de turbinas lo aprendió de primera mano. Aunque las máquinas de la empresa estaban perfectamente alineadas cuando estaban apagadas, todo cambiaba después de la puesta en marcha. Las altas velocidades y las temperaturas extremas hacían que los ejes se desplazaran de forma impredecible, lo que generaba problemas de vibración que los métodos de alineación tradicionales no podían detectar.
Con RotAlign Touch, el fabricante supervisó la posición del eje durante el calentamiento y el funcionamiento normal. Los datos revelaron que sus máquinas no estaban alineadas y que era necesario hacer cambios.
¿Está alineando sus máquinas para el futuro?
Si no cambiaría a una hora errónea en su reloj y esperase llegar a tiempo, ¿por qué alinear una máquina a temperatura ambiente y esperar que siga igual cuando esté funcionando en caliente?
Con RotAlign Touch, puede tener en cuenta la expansión térmica antes de que afecte a la alineación de la máquina. En el mundo real, las máquinas no solo funcionan, sino que se mueven, expanden y asientan de forma dinámica. Y si no lo tiene en cuenta en la alineación, siempre irá un paso por detrás.
Con RotAlign Touch, puede realizar la alineación según el funcionamiento de la máquina, no según su estado en reposo.
Prüftechnik también ofrece servicios de alineación láser con herramientas de vanguardia como RotAlign y OptAlign para medir y alinear sus activos de forma experta. Nuestros expertos pueden encargarse por usted y garantizar una alineación correcta a la primera.
dilatación térmica como parte del mantenimiento predictivo
El seguimiento de la expansión térmica es una métrica útil para su programa de mantenimiento predictivo. Los cambios de alineación inducidos por el calor se hacen patentes mediante:
- Patrones de vibración: si los niveles de vibración cambian con la carga o la temperatura, a menudo indica una desalineación térmica.
- Termografía por infrarrojos: los puntos calientes en los rodamientos o carcasas pueden indicar la expansión de ejes, puntos de fricción o desalineación.
Los sistemas de supervisión de estado en continuo, como VibGuard, pueden realizar un seguimiento de las sutiles señales de vibración de la dilatación térmica a través de los sensores y alertar a los equipos de mantenimiento antes de que se produzcan averías. Y, para obtener una visión más amplia del estado de los activos, puede llevar un seguimiento de los datos de los sensores y las herramientas de mano con una plataforma centralizada como OmniTrend Center. Al vincular las tendencias de temperatura, vibración y alineación, creará un enfoque proactivo para gestionar los efectos térmicos en toda su flota de activos.
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