IT 03 Acoplamientos

7/31/2019 IT 03 Acoplamientos

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GRUNDFOSINFORME TCNICOACOPLAMIENTOSpor Greg Towsley

A l considerar el sistema de bombeo en general,normalmente no pensamos en el acoplamientode la echa, como un elemento importante delsistema. La seleccin y mantenimiento inapropiadosdel acoplamiento puede afectar no slo la seguridaddel sistema de bombeo, sino tambin los costos deoperacin y mantenimiento.

Para transmitir la energa rotatoria suministrada porun motor, generalmente una bomba est conectada al

motor con algn tipo de dispositivo de transmisin deenerga. Estos dispositivos de transmisin de energaincluyen acoplamientos, correas, poleas, cadenas y rue-das dentadas. El acoplamiento de la echa se discutiren este artculo.

Se utiliza un acoplamiento para transmitir el movi-miento giratorio y la torsin de un motor, como porejemplo un motor o turbina elctricos a una bomba.Adems es capaz de transmitir cargas de empuje axialentre mquinas y cualquier creci-miento axial quepueda ocurrir debido a productos de bombeo a altastemperaturas o motores de turbinas de vapor.

Los acoplamientos de la bomba se clasican en tiposrgidos y exibles. Cada uno tiene su rea de aplicaciny su uso especco. Al seleccionar un acoplamientopara usarlos con una bomba y motor, el tipo de aco-plamiento a usar es tan importante como el tamao.Los requerimientos del par o momento de torsin sedeterminan basndose en la potencia y la velocidad.La torsin normal requerida se calcula con la siguientefrmula:

Deben seleccionarse acoplamientos que sean capacesde manejar la torsin mxima que pueda producirsedurante cualquier parte de las operaciones. Estoincluye los arranques, paros, y las cargas cclicas o dereversa. El fabricante del acoplamiento aplicar un

factor de servicio basado en el tipo de equipo al quese transmite el movimiento y en las condiciones deservicio.

Adems, el diseo del acoplamiento limitar lascapacidades de torsin del mismo. Los acoplamientosexibles elastomricos tienen bajas capacidades detorsin en comparacin con los acoplamientos exi-bles mecnicos.

Aunque algunos acoplamientos exibles elastomri-cos son capaces de manejar los requerimientos msaltos de torsin, pueden no ser la seleccin ptima enaplicaciones de alta torsin debido a su tamao fsicoy a su costo.

Algunas otras caractersticas del diseo de los aco-plamientos proporcionan funciones especcas.

La cua y el cuero ayudan al transmitir la torsindel motor a la bomba.

Un acoplamiento espaciador se utiliza con unabomba de succin al extremo con bastidor de

balero de extraccin posterior. El acoplamientoespaciador facilita el retiro del bastidor del baleropara mantenimiento e instalacin del sello sintrastornar la carcasa, la tubera o el motor, y sintrastornar la alineacin bomba motor. Estoayuda a acortar y simplicar el ciclo de manten-imiento.

Para equipo giratorio con grandes echas, se usaun diseo ahusado para facilitar la remocin. Elajuste de la echa generalmente es por contrac-cin debido al ahusamiento.

Algunas industrias proporcionan guas o especica-ciones para la seleccin y el diseo de los acoplamientos.

La Norma API 610 del Instituto Americano del Petr-leo 1 proporciona un conjunto de requisitos mnimospara los acoplamientos en las industrias del petrleo,qumica pesada, de servicios de la industrial del gas yde generacin elctrica. Estas especicaciones robus-


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tas requieren que los acoplamientos en estas indus-trias tengan algunas de las siguientes caractersticas.

FlexiblesDe acero

Resistentes a la corrosin

Espaciador grande (separacin de echa de 5pulgadas).

Unidos mediante cua a la echa como estndary, para echas de ms de 2.5 pulgadas (6.35 cm)debern tener un ajuste ahusado.

Con capacidad para la potencia mxima del mo-tor.

Los componentes del acoplamiento debern estar

balanceadosEl Instituto Americano del Petrleo proporciona unaespecicacin ms estricta para los acoplamientospara servicio en reneras. La norma API-6712 propor-ciona especicaciones para bombas que operan con-tinuamente por perodos prolongados, para las cualesno hay reemplazo, y que son crticas para la operacinde una renera.

En cualquier caso, y especialmente para aplicacionescrticas, los acoplamientos deben seleccionarsebasndose en su conabilidad, sostenibilidad y laposibilidad de vigilancia.

La conabilidad del diseo del acoplamiento, mien-tras est en operacin o fuera de operacin, no debeverse afectada por diversas fuerzas, incluyendo lavelocidad, deexin, estiramiento, compresin,carga de choque y otras. La conabilidad tambinest determinada por la antigedad y el entorno delos componentes del acoplamiento. Los elastmerosdel acoplamientos no deben verse afectados por eltiempo o la temperatura.

La sostenibilidad se determina por la facilidad deinstalacin, la accesibilidad en la mquina, la di-sponibilidad de componentes reemplazables y el

nmero de componentes del acoplamiento.La posibilidad de vigilancia es la capacidad de deter-minar la condicin del acoplamiento, como puede serel desgaste que se maniesta en el aceite lubricantedel acoplamiento del balero, o como vibracin que sedetecta.

ACOPLAMIENTOS RGIDOSLos acoplamientos rgidos se usan tpicamente en

aplicaciones que involucran motores verticales. Elacoplamiento rgido transmite no slo el movimientode rotacin del motor (tpicamente elctrico) a labomba, sino que tambin cualquier movimiento axial(hacia arriba o hacia abajo) que ocurra entre los doselementos del equipo tambin se transmite entreellos. Debido a la rigidez del acoplamiento, el equipodebe estar precisamente alineado y no puede aceptarfalta alguna de alineacin.

Ya que el acoplamiento rgido conecta directamentela echa de la bomba con la echa del motor, labomba transere cualquier empuje axial al motor.


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El peso de las echas y del elemento giratorio debe serrecibido por un balero de empuje especial en el motor oen el soporte del motor. Si no se usa una base de motor

con balero de empuje, el motor debe seleccionarse ydisearse para soportar el peso del elemento giratorioas como el empuje axial.

El diseo ms comn de acoplamiento rgido es el deconguracin bipartida (Figuras 1 y 2). El acoplamientoest partido a lo largo de la lnea central axial.

El acoplamiento rgido tambin est disponible enconguracin con brida. Esta conguracin utiliza dosbridas de acoplamiento unidas entre s con birlos, ypuede incluir un espaciador para permitir la remocinde un sello mecnico.

El diseo e instalacin apropiados de las bridas con

birlos permite que la transmisin de la torsin del mo-tor ocurra con el contacto de friccin de las bridas. Eneste caso, los birlos de la brida no estn sometidos a unesfuerzo cortante por l torsin. La Figura 3 muestra dosconguraciones de acoplamiento rgido que se usantpicamente en las turbinas verticales con motores deecha maciza.

Como se describi anteriormente, el motor soportar elpeso del elemento rotatorio. Para una operacin apro-piada de la bomba, especialmente en posicin vertical,la bomba o el acoplamiento debe tener una caracters-tica ajustable para controlar la posicin axial del (los)

impulsor (es).En el caso de los acoplamientos rgidos bipartidos, elajuste habitualmente se hace usando calzas o herra-mientas especiales que levantan el elemento rotatorio.Una vez que el elemento est ubicado en la posicinapropiada, se aprietan los birlos del acoplamiento rgidobipartido a los valores de torsin recomendados porel fabricante. Para acoplamientos rgidos con brida, seutilizan placas de ajuste para establecer la posicinvertical apropiada.

Debido a la alineacin precisa que se requiere del aco-plamiento rgido, se requiere exactitud de manufactura.

Se necesita un alto grado de concentricidad y perpen-dicularidad para una instalacin apropiada.

Los acoplamientos rgidos se construyen totalmente demateriales metlicos. Esto permite que el acoplamientose use en aplicaciones que tienen altas temperaturas,altas velocidades, una atmsfera solvente, o un altocaballaje del motor.


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Muchas bombas de turbina vertical utilizan aco-plamientos rgidos o roscados con motores de echahueca, especialmente cuando se usa un empaqueconvencional para el sellado de la echa. En las Figuras4 y 5se muestran acoplamientos para turbina verti-

cal rgidos y roscados, respectivamente. Cuando seusan motores de echa hueca, el arreglo estndar esproporcionar el posicionamiento axial del (los) impul-sor (es) para mantener las holguras apropiadas. En laFigura 6 se muestra una tuerca de ajuste.

ACOPLAMIENTOS FLEXIBLESLos acoplamientos exibles se usan ms comnmentepara transmitir el momento o par impulsor entre unmotor y una bomba. Aunque estn diseados paraadaptarse a la desalineacin, el Instituto Hidrulico3 recomienda que jams se utilice un acoplamientoexible para compensar la desalineacin entre las

echas de la bomba y el motor.El propsito del acoplamiento exible es compensarlos cambios de temperatura en los acoplamientos y lasechas, y permitir el movimiento axial de las echassin que intereran una con la otra mientras se trans-mite la potencia del motor a la bomba.

Los acoplamientos exibles se subdividen en dosgrupos: exibles elastomricos (material exible) yexibles no elastomricos (exibles mecnicos).

ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES ELASTOMRICOS

El acoplamiento exible elastomrico utiliza tpica-mente un elemento de plstico o hule que permite laexpansin trmica o el movimiento axial. El elementoelastomrico es sucientemente resistente a la rupturapor fatiga como para proporcionar una vida til acept-able en comparacin con el costo del acoplamiento.

La mayora de los acoplamientos exibles no utilizanlubricacin, y reciben la carga en corte. Aunque no estan comn, los acoplamientos de diseo de horquilla yperno y de buje estn diseados para ser cargados encompresin.


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Debido a las limitaciones del elemento exible, estetipo de acoplamiento se usa para un mximo de 50

hp (37 kW) y 3,600 rpm. En aplicaciones mayores,acoplamiento se vuelve voluminoso y ms costosoque un acoplamiento exible no elastomrico.

El inserto del acoplamiento que se muestra en laFigura 7 puede proporcionarse como una camisabipartida o una camisa slida. La camisa bipartidapermite el reemplazo de la camisa en acoplamientossin espaciador sin necesidad de mover el equipo.

Un diseo de camisa slida, como se muestra en laFigura 8, es ms fuerte que el de camisa bipartida ypuede manejar requerimientos mayores de torsin.Debido a que es un elemento macizo, el diseoelimina el anillo retenedor de camisa, el cual puedeser un peligro para la seguridad. La camisa slidatambin se usa tpicamente con acoplamientos conespaciador.

ACOPLAMIENTO FLEXIBLE NO ELASTOMRICO(MECNICO)

Existen varios tipos diferentes de acoplamientosexibles no elastomricos o mecnicos. La naturale-za mecnica de este tipo de acoplamiento permitecapacidades de caballaje y torsin casi ilimitadas.

Un tipo comn de acoplamiento exible mecnicoes el acoplamiento de engrane (Figura 9). Este

acoplamiento consiste de dos cubos de echa condientes de engrane externos maquinados integral-mente, los miembros de la camisa tienen dientes deengrane internos, y un espaciador otante.

Debido a las exigentes tolerancias de ajuste y almovimiento deslizable del engrane, se requierelubricacin, por ejemplo con grasa limpia o aceite,para prevenir el desgaste de las supercies de ro-zamiento. El acoplamiento de engrane proporcionabuenas caractersticas de torsin.

Un acoplamiento exible de cadena de rodillos(Figura 10) utiliza dos miembros tipo rueda dentada,

o cubos, que estn montados en las echas del mo-tor y de la bomba. stos estn conectados medianteuna seccin de la cadena de rodillos. Este tipo deacoplamiento se aplica tpicamente en servicios debomba de baja velocidad.

Figure 9. Gear Coupling

Figure 10. Roller-Chain Coupling

Figure 11. Spring Grid Flexible Coupling


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Un diseo hbrido que utiliza las caractersticas delacoplamiento exible tanto elastomrico comomecnico es el estilo de rejilla de resorte (Figura 11).Este diseo utiliza dos cubos de echa, una rejillaelastomrica, la cual acopla los dos cubos, y una cu-bierta bipartida, que sujeta a la rejilla en su sitio.

Otros tipos de acoplamientos exibles incluyen elotante de extremo limitado, de disco metlico,de diafragma y tipo mordaza. Cada uno de estosacoplamientos tiene usos especiales debido a laaplicacin o al tamao y tipo del equipo.

INSTALACINLa instalacin de un acoplamiento es tan importantepara la operacin y la vida del equipo como la selec-

cin apropiada. La alineacin de la bomba y el motores crtica y requiere una discusin adicional.

A continuacin se enumeran algunas tareas im-portantes que deben llevarse a cabo o completarseantes de la alineacin nal y puesta en operacin delequipo. Al igual que con cualquier equipo, siempredeben seguirse las instrucciones de instalacin ymantenimiento del fabricantes para una instalacinapropiada.

Cuando se instale el acoplamiento en el campo, de-bern hacerse y documentarse las siguientes veri-caciones adicionales.

Antes de instalar el acoplamiento, ensmblelopara asegurarse de que cuente con todas laspartes y se acoplen correctamente entre s.

Asegrese de que el oricio del cubo y la echaestn limpios y libres de melladuras o rebabas.

Mida y documente el oricio de cada cubo y eldimetro de cada echa

Los cueros de la bomba y del motor deben estarcompletamente llenos, y no prolongarse msall del extremo de la echa.

Debe vericarse el ajuste de ambos cubos, ya sea

de interferencia, holgura o conicidad, basndoseen las recomendaciones de los fabricantes.

Ajuste cnico este ajuste debe vericarse paraasegurar que haya un buen patrn de contacto.

Ajuste de holgura un ajuste de holgura sedivide en las categoras de ajuste sin holgurao ajuste deslizable. Consulte las instruccionesdel fabricante para asegurarse de que no se hayaexcedido la holgura mxima.

Ajuste por interferencia Es preferible que unacoplamiento se caliente en un bao de aceiteo en un horno a 225 a 275 F (107 a 135 C).Consulte las temperaturas recomendada ymxima en las instrucciones de instalacin delfabricante.

Tambin puede requerirse que la echa se enfresimultneamente con hielo seco. Para la mayorade los acoplamientos de acero, se requiere unadiferencia de temperatura de 160 F (71 C) entre

la echa y el cubo por cada 0.001 de pulgada porpulgada (0.00254 cm por cm) de interferenciamedida entre la echa y el cubo.

Tpicamente, se requieren 0.002 pulgadas(0.00508 cm) por arriba del ajuste de interferen-cia para obtener un ajuste deslizable.

Debe vericarse y documentarse que el espacia-do entre las echas y los cubos sea el correcto.

Cuando se instale el espaciador del aco-plamiento en su sitio, siga la recomendacin delfabricante en cuanto a los valores de torsin yasegrese de que los birlos no estn atorados.


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REFERENCIASAmerican Petroleum Institute (2004).1. API Norma

610, 10a Edicin, Bombas Centrfugas para lasIndustrias del Petrleo, Petroqumica y de GasNatural. American Petroleum Institute. http://www.api.org.

American Petroleum Institute (February 2007).2. APINorma 671, 4a Edicin, Acoplamientos de Apli-cacin Especial para Servicios en las Industrias delPetrleo, Qumica y del Gas. American PetroleumInstitute. http://www.api.org.

Hydraulic Institute (2000).3. ANSI/HI 1.4 NormaNacional Americana para Operaciones Centrfugas.Hydraulic Institute. http://www.pumps.org.

RECONOCIMIENTOSFigura 1:TB Woods Incorporated440 N. Fifth Avenue, Chambersburg, PA, 17201http://www.tbwoods.com

Figura 2:Grundfos Pumps Corporation17100 W. 118th Terrace, Olathe, KS 66061http://www.us.grundfos.com

Figura 3:Peerless Pump Company2005 Dr. Martin Luther King Jr. St.Indianapolis, IN 46239http://www.peerlesspumps.com

Figuras 7-11:Baldor6040 Ponders Court, Greenville, SC 29615http://www.dodge-pt.com

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