Seleccionando el acoplamiento adecuado en sistemas de bombeo

El acoplamiento en un sistema de bombeo suele olvidarse hasta que el proyecto llega a su fin. Sin tiempo que perder, los usuarios suelen comprar todo lo que el proveedor tiene en almacén en vez de la mejor solución para el sistema. Comprendiendo la aplicación y los requisitos de selección permitirá al usuario seleccionar la mejor solución de acoplamiento.

Si el acoplamiento no se calcula convenientemente el sistema de bombeo no estará optimizado y probablemente consuma más energía de la estrictamente necesaria. En este artículo vamos a revisar las estrategias que deben tenerse en cuenta en el diseño de sistemas de bombeo para la selección correcta del acoplamiento.

Conocer los detalles de la aplicación es uno de los factores críticos y suelen pasarse por alto en la selección de acoplamiento adecuado. Normalmente los factores que suelen considerarse son epar y el tamaño del eje. Por ejemplo, la exposición a cargas de choque, temperatura y corte o las características a prueba de fallo a menudo se pasan por alto y ello puede originar un fallo en el acoplamiento, daño a las máquinas o peligro para las personas. El acoplamiento elegido se adaptará a todas las especificaciones de la aplicación.

Aunque se puede utilizar varios tipos diferentes de acoplamiento para una aplicación dada, cada tipo puede diferir en coste, complejidad y desempeño. Al seleccionar un acoplamiento, en primer lugar determinaremos el espacio en el que se instalará para asegurar que el producto ajusta. También es crítica la instalación y mantenimiento del acoplamiento.

Algunos diseños de acoplamiento permiten la instalación y mantenimiento sin necesidad de mover el equipo circundante. Estos "diseños drop-in/drop-out" se han utilizado en equipos grandes y pesados para facilitar el mantenimiento. Algunos acoplamientos también requieren un mantenimiento periódico. Libres de mantenimientos, los diseños no lubricados se prefieren y se adaptan a la mayoría de aplicaciones.

Aunque muchas aplicaciones de acoplamiento parecen simples, se pueden producir errores en el proceso de selección. Veamos una lista de verificación recomendada para asegurarse de que los puntos más importantes están cubiertos.

1. Verifique los requisitos de la aplicación

El par es el requisito más básico para la selección de un acoplamiento. Ya se trate de un motor eléctrico, motor de combustión, compresor o una turbina, el funcionamiento de un motor se entiende conociendo potencia, velocidad y par motor. Torque = (constante x HP) / RPM. Al seleccionar un acoplamiento, utilice siempre la calificación del acoplamiento de par nominal. Calificaciones del esfuerzo de torsión máximo sólo se utilizan para absorber los esfuerzos de torsión máximo en el sistema.

Entorno operativo también es importante al seleccionar un acoplamiento. Variables como la compatibilidad química, temperatura ambiente y la frecuencia de operación (se inicia o se detiene) también debe ser considerado. factor de seguridad adicional puede compensar la durabilidad y esfuerzos aplicados a los componentes de acoplamiento durante la operación si habrá pares excesivos parada (es decir, un efecto de volante). Factor de seguridad es la tolerancia adicional que se añade a la obligación de par nominal del acoplamiento para construir la seguridad en el sistema y suele ser impulsada por la temperatura, la frecuencia y las cargas de choque.

Otros factores importantes son de aplicación general, las dimensiones físicas, el método de partida y la alineación del sistema.

2. Entendiendo el diseño del acoplamiento

Comprender los diseños de acoplamiento y las limitaciones pueden ayudar al ingeniero de diseño hacer una selección final. Cada acoplamiento tiene sus limitaciones, por lo que los diversos tipos de acoplamiento se ofrecen para adaptarse a aplicaciones industriales.

Por ejemplo, si una aplicación tiene desajustes altos, entonces se requiere un acoplamiento flexible para compensar y absorber los desajustes anticipados sin correr el riesgo de tener problemas de rendimiento. Cada acoplamiento tiene una tolerancia a la desalineación permisible que puede compensar las aplicaciones difíciles que no pueden ser plenamente alineadas un 100 %. El "juego final" del eje de la bomba y el motor son cruciales y no excederán la capacidad permitida desalineación axial del acoplamiento elegido. La fluctuación de la desalineación axial gradualmente fatigar y provocar un fallo prematuro.

En aplicaciones verticales, se necesita la evaluación necesaria para asegurar que el acoplamiento es capaz de soportar el peso vertical. Pueden diseñarse plantillas especiales para soportar grandes cargas de tales y evitar excesivas fuerzas de compresión sobre el acoplamiento. Distancia entre los extremos del eje (DBSE) es el hueco entre la unidad y ejes impulsores. Los espaciadores de acoplamiento no sólo puentean huecos DBSE más grandes, sino también añaden capacidad de desalineamiento al acoplamiento.

3. Eligiendo el acoplamiento al usar variadores de frecuencia variable.

El control de la velocidad máxima y mínima es una cuestión crítica para asegurar el mejor rendimiento y la longevidad del acoplamiento.

4. Compruebe correcto acoplamiento de diseño con las certificaciones pertinentes

Algunos acoplamientos de disco están diseñados específicamente para cumplir con las normas API 610 o 671. Por ejemplo, un doble cardan, con acoplamiento de disco de acero dinámicamente equilibrado garantiza bajas fuerzas de restauración en caso de desajustes. De esta forma se extiende la vida útil de los rodamientos del motor/bomba y de las juntas. Sin perjuicio de su diseño, la mayoría de los acoplamientos de acero se puede utilizar en unidades de bombeo sometidas a temperaturas extremas.

En algunos casos, puede ser necesaria la certificación ATEX "a prueba de explosión". Esta norma certifica que si un paquete de discos, o un elemento de acoplamiento similar, falla en virtud de una sobrecarga catastrófica, no se producirían chispas. Podría así prevenirse un incendio en un ambiente explosivo. En Europa se ha desarrollado la norma ATEX para el uso de equipo en ambientes explosivos, y estos parámetros deben ser revisados en ciertas aplicaciones. En una atmósfera polvorienta, para cumplir la norma ATEX, también debe ser considerada la máxima temperatura superficial.

4. Comprobar que no existen requisitos especiales

También pueden afectar la selección del acoplamiento los ejes extendidos, grandes DBSE, los agujeros no estándar / ranuras, estrías y los montajes con ajuste hidráulico y disminución de tamaño gradual. Ciertas aplicaciones, incluida la industria alimentaria, los ambientes corrosivos en el mar y la industria petroquímica, requieren el acoplamiento a prueba de corrosión.

Respecto al rendimiento, algunas aplicaciones requieren acoplamientos a prueba de fallos. Estos acoplamientos se usan cuando es necesario seguir impulsando incluso después de un fallo catastrófico.

5. Seleccionar el fabricante correcto de acoplamientos adecuados

Hay empresas que efectuarán un análisis de vibraciones para que el acoplamiento soporte la operación normal del sistema. Esta es una gran opción para aplicaciones críticas o constructores OEM de máquinas. Es importante porque el momento de inercia del impulsor y del componente impulsado pueden crear vibraciones torsionales. En estos casos, un cálculo simple puede ayudarnos seleccionar el acoplamiento correcto que mueve la resonancia crítica fuera del rango de operación de la aplicación.

Bibliografía: Selecting the proper coupling. Pumps and systems, june 2009