¿Alinear ejes cardan?
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LikeLa pregunta sobre si se deben alinear ejes cardan o no es más común de lo que muchos podrían pensar. Además, lamentablemente existen creencias erradas sobre la alineación de ejes cardan, por lo que te invitamos a que nos permitas aclarar las dudas relacionadas con alinear ejes cardan.
Para entender mejor si el alineamiento de ejes cardan está justificado y porqué, veamos primero algunos detalles importantes sobre estos ejes.
¿Qué son los ejes cardan?
Los ejes cardan se pueden definir de manera sencilla como el tipo de ejes que permite acoplar un motor a cualquier máquina conducida que no esté posicionada sobre el mismo eje de rotación de dicho motor.
En otras palabras, dos ejes no colineales (conductor y conducido) pueden acoplarse mediante el uso de un eje cardan.
Aunque estos son sistemas mecánicos simples en esencia, suelen ser muy robustos y efectivos, por lo que son usados en una serie de aplicaciones, incluyendo entre otras:
- Ejes de transmisión automotriz.
- Sistemas de ferrocarriles.
- Transmisión de potencia a los rodillos en la industria papelera.
- Producción de acero.
- Producción de vidrio.
- Sistemas de bombeo.
- Sistemas de transporte de materiales.
- Sopladores y ventiladores.
- Compresores.
- Torres de enfriamiento.
Veamos ahora como están compuestos estos versátiles ejes.
Partes de un eje cardan
Las partes de los ejes cardan o ejes cardánicos pueden variar dependiendo del diseño del acople, la configuración y el tipo de cojinete que se utilice en su construcción.
Sin embargo, podemos generalizar las partes principales de un eje cardan según se muestra en la figura 2:
- Yugos (horquillas).
- Crucetas.
- Espiga.
- Tubos.
- Soporte de cardan.
Nomenclatura de transmisión cardánica
Ya que conocemos las partes de los ejes cardan, hablemos un poco sobre la nomenclatura comúnmente utilizada al trabajar con transmisiones cardánicas.
- Flechas: se refiere a los mecanismos del sistema de transmisión cardánico que portan y transmiten el torque o la potencia.
- Ángulos: existen dos ángulos de trabajo en una transmisión cardánica, los cuales se suelen llamar ángulo de entrada y ángulo de salida. Estos son los ángulos entre el eje de transmisión central y los yugos (horquillas) en los extremos. Ambos deben ser iguales para garantizar el correcto funcionamiento de la transmisión.
- Offset: este término hace referencia a la no coincidencia de los ejes de rotación del motor y la máquina conducida de la cual se derivan los ángulos antes descritos.
- Paralelismo: aunque la transmisión cardánica acepta el offset de los ejes de rotación del motor y la máquina conducida, no acepta desalineación angular. En otras palabras, los ejes de rotación deben ser paralelos para garantizar el correcto funcionamiento de la transmisión. Para esto, las caras de los platos del motor y la máquina deben estar paralelos entre sí.
La figura 3 a continuación muestra de manera gráfica la relación entre los ángulos, el offset y el paralelismo.
¿Qué es una desalineación de eje cardan?
Existe la creencia de que los ejes cardan no se desalinean ya que están diseñados para soportar desalineaciones. Este es un concepto errado, ya que lo que sí aceptan es el offset de los ejes conductor y conducido, pero una desalineación angular debe evitarse.
Dicho de otra manera, una desalineación de eje cardan se presenta cuando se pierde el paralelismo descrito anteriormente, ya que esto resulta en una operación con ángulos desiguales. La mejor manera de evitarlo es alinear los platos del motor y de la máquina conducida.
Otro aspecto que puede generar desalineación de eje cardan es la fase de los yugos u horquillas. Incluso cuando se tienen las caras de los platos en perfecto paralelismo, el hecho de que haya desfase puede generar las mismas consecuencias de una desalineación angular. Es por esto que se recomienda marcar las partes durante la instalación inicial o en caso de desmontaje para actividades de mantenimiento.
Consecuencias de la desalineación en un eje cardan
Hasta este punto es obvio que la desalineación en un eje cardan resulta en una operación inadecuada del mismo. Sin embargo, existen consecuencias específicas que incluyen, entre otras, las siguientes:
- Rotación no uniforme en los acoples.
- Transmisión de velocidad angular no uniforme.
- Generación de vibraciones torsionales e inerciales en el conjunto que pueden ocasionar desgaste acelerado, fracturas y roturas de los componentes.
- Daños en los sellos de lubricación.
- Aumento de la fricción, lo que resulta en un aumento significativo del consumo energético.
- Giro de la máquina a una velocidad diferente a la deseada que puede ocasionar problemas en el proceso, por ejemplo, arrugas o roturas del papel en el caso de los rodillos en la industria papelera.
- Períodos de inactividad no planificados.
- Pérdidas de producción.
Puedes ver un ejemplo de algunas de estas consecuencias en este vídeo en inglés.
Al observar la lista de los posibles problemas que pueden resultar de la desalineación de un eje cardan, queda claro la importancia de medir y alinear correctamente estos sistemas de transmisión. Pero, ¿cómo se logra?
¿Cómo se mide la alineación de un eje cardan?
Como sucede con otros sistemas, la posible desalineación de un eje cardan se puede identificar de manera visual y mediante la información que ofrecen los parámetros de funcionamiento.
Sin embargo, la manera más precisa y efectiva de medir la alineación de ejes cardan es utilizando equipos de alineación láser.
Para esto, es necesario utilizar abrazaderas especiales específicamente diseñadas para la alineación de ejes cardan mediante láser, las cuales permiten realizar las mediciones con el eje acoplado y en posición de operación que es lo más recomendable.
Estas abrazaderas especiales se conocen como abrazaderas giratorias, ya que permiten girar la posición del láser para tomar los puntos a medida que gira el eje cardan.
De manera simplificada se puede decir que la alineación de ejes cardan mediante láser se realiza siguiendo estos pasos:
- Se toman mediciones.
- Se comprueba repetibilidad.
- Se corrige la posición del motor
- Se devuelve a operación.
Las mediciones en el paso 1 solo se pueden tomar en modo multipunto, ya que no es posible medir en modo continuo debido a los ajustes que se deben hacer entre laser y sensor como resultado del movimiento natural del eje cardan.
Para tener una mejor idea de este proceso te invitamos a ver este vídeo.
Finalmente, se recomienda medir mínimo una rotación de 60 grados y 5 puntos para tener valores suficientes para alinear correctamente.
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