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Compensación del crecimiento térmico para la alineación de ejes
Calcule el crecimiento vertical de la línea central debido a la expansión térmica de las máquinas motrices y accionadas. Determine el objetivo de predesplazamiento de alineación en frío para lograr la alineación a temperatura de operación.
Resultados
Fórmula de crecimiento térmico
Cuando una máquina se calienta, su bastidor se expande verticalmente, elevando la línea central del eje:
- H — altura del pie a la línea central (mm)
- α — coeficiente de expansión térmica (×10⁻⁶ /°C)
- Ten — temperatura de funcionamiento (°C)
- Tamb — temperatura ambiente (°C)
Valores CTE del material
| Material | α (×10⁻⁶ /°C) |
|---|---|
| Acero carbono | 12.0 |
| Hierro fundido | 10.5 |
| Acero inoxidable (304/316) | 16.0 |
| Aluminio | 23.0 |
Temperaturas típicas de funcionamiento
| Tipo de máquina | Temperatura típica de la carcasa (°C) |
|---|---|
| Motor eléctrico | 60 - 90 |
| Bomba centrífuga (agua fría) | 40 - 70 |
| Turbina de vapor | 80 - 200 |
| Caja de cambios | 50 - 80 |
| Compresor | 60 - 120 |
Ejemplo práctico
Dada: Ambiente = 20°C
Motor: H = 200 mm, Acero (α = 12×10⁻⁶), Ten = 80 °C
Bomba: H = 250 mm, Acero (α = 12×10⁻⁶), Ten = 60 °C
ΔHmotor = 200 × 12 × 10⁻⁶ × (80 − 20) = 0,144 mm
ΔHbomba = 250 × 12 × 10⁻⁶ × (60 − 20) = 0,120 mm
Diferencia = 0,144 − 0,120 = 0,024 mm
El motor crece más → configurar motor 0,024 mm BAJO Durante la alineación en frío.
💡 Consejo: La máquina que crece más debe configurarse en BAJO en la alineación en frío. Cuando ambas se calientan, el crecimiento diferencial las alinea.
⚠️ Nota: Este cálculo asume una expansión térmica uniforme del bastidor de la máquina. En la práctica, los gradientes térmicos, la deformación de las tuberías y los efectos de la cimentación pueden causar movimientos adicionales. Siempre que sea posible, verifique la alineación con una prueba en caliente.
El crecimiento térmico (dilatación térmica) es la expansión vertical de la altura del eje de una máquina a medida que esta se calienta desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de servicio. Todos los materiales se dilatan al calentarse y, en la maquinaria rotativa, esto significa que la línea central del eje se eleva.
El crecimiento se calcula como: ΔH = H × α × (Top − Tamb), donde H es la altura desde las patas hasta la línea central del eje, α es el coeficiente de dilatación térmica y las temperaturas están en °C.
Las máquinas se alinean en frío (paradas), pero operan en caliente. Si la máquina motriz y la conducida se dilatan verticalmente en diferente medida, una alineación perfecta en frío provocará una desalineación a la temperatura de servicio.
Al compensar intencionadamente la alineación en frío con el crecimiento diferencial esperado, las máquinas alcanzan la alineación correcta cuando llegan a la temperatura de servicio. La máquina que se dilata más se ajusta más baja durante la alineación en frío.
Las temperaturas de servicio pueden medirse con el equipo en marcha utilizando:
- Termómetro infrarrojo — medición rápida sin contacto en las patas de la máquina o en los soportes de los rodamientos
- Sondas de termopar de contacto — temperatura superficial más precisa
- RTD/termopares — sensores instalados de forma permanente
Mida en las patas o la base de la máquina, no en la parte superior de la carcasa, ya que esto representa mejor la temperatura que afecta al crecimiento vertical. Deje que la máquina alcance el equilibrio térmico estacionario (normalmente 2–4 horas).
Temperaturas típicas de carcasa/patas para máquinas comunes:
- Motores eléctricos: 60–90°C (según el tamaño de carcasa y la carga)
- Bombas centrífugas: 40–70°C (agua fría), hasta 200°C+ (proceso en caliente)
- Turbinas de vapor: 80–200°C
- Reductores: 50–80°C
- Compresores: 60–120°C
Estos son valores aproximados. Mida siempre en el equipo real cuando sea posible.
Una comprobación de alineación en caliente se realiza inmediatamente después de parar un equipo que ha estado funcionando a su temperatura normal de servicio. La alineación se mide antes de que se produzca un enfriamiento significativo (normalmente dentro de los 15–30 minutos posteriores a la parada).
Esta comprobación verifica si:
- Las predicciones calculadas de crecimiento térmico fueron precisas
- La precompensación (offset) en frío fue correcta
- Otros factores (tensiones de tuberías, movimiento de la cimentación) están afectando a la alineación
Una comprobación en caliente es el estándar de referencia para validar la alineación de ejes y debe realizarse siempre que sea factible, especialmente en maquinaria crítica.
Los procedimientos descritos en esta página fueron desarrollados y probados en campo por el equipo de Vibromera utilizando el Balanset-1A, un equilibrador portátil de dos canales y analizador de vibraciones para el equilibrado de rotores in situ.
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Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko es ingeniero de análisis de vibraciones y fundador y director ejecutivo de Vibromera. Desde hace más de 15 años equilibra equipos rotativos en campo y no en un banco de pruebas: desbrozadoras, ventiladores industriales, trituradoras, centrifugadoras, ejes y husillos. De ese trabajo nacieron los instrumentos Balanset — se concibieron como una herramienta que el especialista puede llevar hasta la máquina y utilizar solo, in situ, y no como equipo de laboratorio. Vibromera se fundó en 2017 y desde 2023 tiene su sede en Oporto, Portugal. Aquí se realizan el desarrollo, el montaje y el soporte de la línea Balanset. El instrumento insignia es el Balanset-1A, un analizador portátil para el equilibrado en uno y dos planos y para el diagnóstico de vibraciones. Nikolai participa personalmente en la atención al cliente, en la resolución de casos de equilibrado difíciles y en el desarrollo del software. Trabaja con clientes de todo el mundo, en cualquier idioma.
