Introducción
Los acoplamientos son componentes que se utilizan para unir ejes individuales con el fin de transmitir potencia. Permiten que varios componentes funcionen como un sistema y brindan un medio para simplificar el proceso de desmontaje para aislar o reemplazar componentes individuales. Suelen ser problemáticos debido a la complejidad de alinear varios componentes y también porque suelen estar cubiertos por una protección y, a menudo, se los ignora.
Tipos de acoplamiento
Los acoplamientos vienen en una amplia variedad de tipos para adaptarse a las diversas aplicaciones. Generalmente se dividen en 2 categorías principales que son acoplamientos rígidos y acoplamientos flexibles. Los acoplamientos rígidos se utilizan cuando se requiere una alineación precisa entre los 2 ejes y hay poco o ningún movimiento relativo entre los ejes. Los acoplamientos flexibles se utilizan cuando se requiere algún movimiento relativo entre los ejes. Los acoplamientos flexibles tienen una tolerancia más amplia para la alineación entre ejes.
La selección del acoplamiento es un factor crítico para garantizar la fiabilidad de un activo rotatorio. Esto sirve para evitar fallos prematuros del acoplamiento y también para garantizar que los cojinetes de los componentes que se unen no se estresen demasiado. Los principales aspectos a tener en cuenta son:
- Requisitos de par máximo
- Fuerza de restauración: la fuerza necesaria para desalinear el acoplamiento.
- Tolerancias de desalineación
- Si el acoplamiento debe tener limitación de par para protección
La siguiente tabla muestra algunas de las características de los acoplamientos más comunes:
Como se mencionó anteriormente, existe una amplia gama de acoplamientos disponibles en el mercado que se adaptan a las distintas aplicaciones y garantizan la confiabilidad del sistema. Si la degradación del acoplamiento es un modo de falla común para un activo correctamente alineado, es probable que la selección del acoplamiento sea incorrecta.
Detección de la degradación del acoplamiento
Una de las formas más eficaces de prevenir e identificar la degradación de los acoplamientos es mediante el análisis de vibraciones. La señal de vibración que indica el desgaste de los acoplamientos es similar a la que indica la desalineación. También es cierto que la desalineación es la causa principal del desgaste de los acoplamientos. Esto se debe al movimiento relativo entre los ejes a medida que giran, lo que crea una tensión cíclica en el acoplamiento.
El desgaste del acoplamiento se detecta por un aumento de las amplitudes de vibración en los armónicos de la frecuencia de funcionamiento. Cuando este aumento comienza a aparecer a 3, 4 y 5 veces la velocidad del eje, suele ser una indicación de que el acoplamiento está empezando a fallar. A continuación, se muestra un ejemplo de esta señal:
Otro método eficaz para identificar el desgaste del acoplamiento es utilizar un estroboscopio. Un estroboscopio emite un destello brillante y tiene la función de ajustar el tiempo del destello para que coincida con la velocidad de rotación del acoplamiento. Esto crea la apariencia de que el acoplamiento no está girando y permite realizar una inspección visual. Al final de este artículo se incluye un enlace a un video que muestra este proceso.
Causas fundamentales del desgaste del acoplamiento
La desalineación es, con diferencia, la causa principal más común de degradación de los acoplamientos. Esto es así en casi todos los acoplamientos. En el caso de un acoplamiento rígido o de un acoplamiento con una gran fuerza de recuperación, la desalineación también puede provocar una falla prematura de los cojinetes. A continuación, se enumeran otras causas principales de degradación de los acoplamientos:
- Sobrecarga: el uso de equipos que superen su capacidad de diseño puede provocar una sobrecarga del acoplamiento, lo que puede provocar fallos por fatiga, corte de los elementos de fijación y deformación de los elementos de acoplamiento. Las cargas de impacto y choque son una causa bien conocida de esto.
- Lubricación deficiente: la lubricación inadecuada de los componentes del acoplamiento puede provocar un aumento de la fricción y el desgaste. La lubricación es fundamental para reducir el calor por fricción y evitar la corrosión.
- Corrosión: la corrosión puede producirse debido a la exposición a la humedad, a sustancias químicas o a factores ambientales. Debilita el material y puede provocar la degradación del acoplamiento o incluso una falla catastrófica.
- Fatiga del material: la carga y descarga cíclica repetida del acoplamiento puede provocar fatiga en el material, dando lugar a grietas y fallas con el tiempo.
- Vibraciones excesivas: Las vibraciones en el equipo pueden acelerar el deterioro del acoplamiento. Los niveles elevados de vibración pueden provocar desgaste, fatiga y concentración de tensiones en los componentes del acoplamiento.
- Ciclos térmicos: los cambios rápidos de temperatura pueden provocar ciclos térmicos en el acoplamiento, lo que genera una expansión y contracción diferencial de los elementos del acoplamiento. Esto puede causar tensión y distorsión, lo que en última instancia conduce a una falla.
- Instalación incorrecta: las prácticas de instalación incorrectas, como el apriete incorrecto de los sujetadores o la alineación incorrecta del acoplamiento, pueden generar concentraciones de tensión y provocar una falla prematura. Un aspecto fundamental que se debe tener en cuenta aquí es que el acoplamiento quede bien ajustado en el eje.
- Contaminación: La presencia de contaminantes, como suciedad, residuos o partículas extrañas, dentro del acoplamiento puede provocar desgaste abrasivo y daños en las superficies del acoplamiento. Esto es especialmente crítico en el caso de los acoplamientos de tipo engranaje.
- Envejecimiento: con el tiempo, los materiales pueden degradarse y perder sus propiedades originales. El envejecimiento puede hacer que los componentes del acoplamiento sean más susceptibles a fallas. Esto es especialmente cierto en el caso de los acoplamientos que utilizan insertos no metálicos.
Resumen
Los acoplamientos son componentes relativamente simples que suelen presentar problemas. El proceso de alinear ejes separados e instalar un acoplamiento requiere un conocimiento profundo de las tolerancias geométricas y una atención a los detalles que puede resultar difícil de obtener en el campo. Estos aspectos, junto con las protecciones que a menudo dificultan las inspecciones de los acoplamientos, son la principal razón por la que fallan.
El monitoreo de condición prácticamente elimina este problema al proporcionar datos continuos para la mayoría de las variables que provocan el desgaste de un acoplamiento. Al monitorear tanto la vibración como la temperatura de los cojinetes junto al acoplamiento, se pueden identificar y corregir las causas más comunes de degradación del acoplamiento, lo que da como resultado activos más confiables y costos de mantenimiento reducidos.
Vídeo de inspección visual del acoplamiento 👇