Tom Bishop, P.E.
EASA Senior Technical Support Specialist

De vez en cuando un usuario final quiere utilizar un motor diseñado para montaje horizontal en posición vertical. En este artículo, trataremos algunos factores mecánicos clave que deben ser considerados cuando se utiliza un motor horizontal con rodamientos de bolas en una aplicación en la que trabaja en montaje vertical. La Figura 1 ilustra un motor horizontal en posición vertical con el eje hacia abajo.

Los factores clave incluyen:

• Capacidad de carga axial del rodamiento que soporta el peso del rotor.
• Peso del rotor
• Peso de los elementos acoplados al eje de salida
• Empuje axial de los equipos de impulsión acoplados directamente
• Trayectorias de lubricación de los rodamientos
• Retención del lubricante de los rodamientos
• Orientación del eje: Hacia abajo o hacia arriba
• Protección contra ingreso
• Fijación axial del rodamiento de empuje

Capacidad de carga de empuje axial

Los primeros cuatro factores están inter-relacionados ya que el peso del rotor y de cualquiera de los elementos acoplados al mismo produce una carga axial en el rodamiento fijo (empuje). Elementos acoplados directamente al eje, como impulsores o aspas de ventiladores/sopladores también pueden transmitir carga de empuje axial en el rodamiento fijo.

En la mayoría de los casos, la capacidad de carga axial del rodamiento fijo está muy por arriba de la requerida para proporcionar una vida de rodamiento aceptable. La vida del rodamiento es evaluada basada en la vida L10, donde L10 es el número de revoluciones u horas después de las cuales el 10% de una gran población de rodamientos idénticos comienza a fallar. Es algo que también se denomina “vida mínima esperada”. Una vida L10 común es 40,000 horas, que son unos 4 años y medio de operación continua.

A manera de ejemplo para determinar la capacidad de carga de empuje axial, considere un motor horizontal de 200 hp (150 kW), 1750 rpm, con un rotor que pesa 800 lb (360 kg) que va a ser soportado en el Lado Acoplamiento por un rodamiento 6318 fijo (asegurado axialmente) en su alojamiento. Exista o no una pequeña carga radial, la vida del rodamiento en esas condiciones será mayor de 200,000 horas. La vida del rodamiento se obtuvo utilizando una calculadora on-line de carga de rodamientos disponible en las diferentes páginas web de los fabricantes. Una alternativa sería calcular la vida del rodamiento con el método descrito en el artículo nombrado más adelante y publicado en febrero de 2003 en la revista Currents de EASA.

Si se trata solamente de una carga axial, se puede emplear un método más simple. La capacidad de carga axial de un rodamiento rígido de bolas es 0.5 veces la capacidad de carga estática básica, designada como C0 en las tablas de los fabricantes. El valor C0 para un rodamiento 6318 es aproximadamente de unas 24,000 lb-fuerza (lbf) [107,000N], haciéndolo más que capaz para manejar una carga de 800 lbf. Tenga en cuenta que la capacidad de carga de un rodamiento es una fuerza, por lo que las unidades son libra-fuerza (lbf) o Newton (1N = 0.225 lbf), no libras o kilogramos.

Para simular una aplicación del mismo motor de 200 hp sometido a carga radial y axial, consideraremos que trabaja en una aplicación que utiliza transmisión por correas. Además de las 800 libras del peso del rotor, se monta una polea que pesa 100 libras, dando como resultado final una fuerza axial de 900 lbf. Utilizando el método de cálculo de carga descrito en el artículo: “How To Determine Bearing Load Capability And What To Do When It’s Excessive” publicado en febrero de 2003 en la revista Currents de EASA, la carga radial sobre el rodamiento 6318 es de 1960 lbf.

Utilizando una calculadora on-line de rodamientos (ver Tabla 1) para evaluar la carga radial de 1960 lbf combinada con la carga axial de 900 lbf, la vida estimada del rodamiento es de unas 15000 horas. Si el cliente requiere una vida estimada del rodamiento de 40,000 horas, el motor no es adecuado para la aplicación vertical. Si el motor fuera sometido solo a la carga radial de 1960 lbf, la vida estimada del rodamiento sería de unas 41,000 horas y cumpliría con las 40,000 horas mínimas requeridas. 

Advertencia: Algunas calculadoras on-line predefinen condiciones que no son visibles. La condición más importante, que a menudo no puede verse y que por ende no es modificable, es el juego radial interno. Por ejemplo. la calculadora on-line de FAG, NSK y NTN parece usar un juego radial interno normal (llamado algunas veces C0). Sin embargo, la calculadora on-line de SKF permite al usuario seleccionar el juego radial interno. Si se selecciona en la calculadora de SKF un juego radial interno normal, el valor de la vida del rodamiento de las 4 calculadoras se encuentra dentro del 10 % del promedio, pero si se hubiera seleccionado un juego radial interno C3, la vida estimada habría sido aproximadamente un 75% mayor que el promedio.

Tabla 1. Páginas web de calculadoras on-line de fabricantes de rodamientos
Fabricante
FAG
NSK
NTN
SKF
Nota: Esta no es la lista completa; existen otras calculadoras on-line.

 

Trayectorias de lubricación y de retención de los rodamientos; orientación del eje

El siguiente factor clave es la trayectoria de lubricación del rodamiento. La Figura 2 ilustra la trayectoria de lubricación a través de la cara del rodamiento para un motor montado en posición horizontal (2a) y en posición vertical (2b).

Si el motor está montado en posición vertical con el eje ha c i a ar r i b a , l a grasa que entra en la cámara de lubricación del rodamiento L.Acoplamiento de la Figura 2 tenderá a viajar a través del rodamiento y a gotear dentro del motor. Si eso ocurre, solo una pequeña cantidad de grasa llegará hasta el tapón de lubricación, que debería estar abierto durante el engrase. El escenario que se podría generar es que la persona que está lubricando el motor bombearía más grasa hasta que vea grasa saliendo del tapón. La consecuencia es un exceso de lubricación del rodamiento y una probable reducción de vida del mismo. Para prevenir la fuga de lubricante se pueden instalar un sello de labio (retenedor) debajo del rodamiento en el punto #2 de la Figura 2b.

Si el motor está montado en posición vertical con el eje hacia abajo, la grasa que entra en la cámara de lubricación del rodamiento L. Acoplamiento de la Figura 2 tenderá a viajar a través de la cámara y no llegará al rodamiento. Este escenario queda más que asegurado ya que la persona que está re-lubricando el rodamiento probablemente no bombeará más grasa una vez la vea salir por el tapón. Modificar el alojamiento del rodamiento para convertir una trayectoria de engrase “a través de la cara” a “a través del rodamiento” como lo ilustra la Figura 3, proporcionará una trayectoria de lubricación más positiva para el rodamiento L. Acoplamiento. La modificación se realiza taladrando un agujero en un ángulo de casi 45 grados como lo muestra la sección demarcada con un circulo de la Figura 3. Esto permite que el lubricante ingrese a la cámara en el lado interno del rodamiento. Nota: La grasa debe entrar por encima del rodamiento y descargar por debajo del rodamiento.

La trayectoria de lubricación del rodamiento L.O. Acoplamiento también necesita ser modificada. Si el motor está montado en posición vertical con el eje hacia arriba, el rodamiento del L.O.Acoplamiento es el inferior y su alojamiento se puede modificar de la misma forma que se hizo en el rodamiento L.Acoplamiento con el eje orientado hacia abajo.

Protección de ingreso

Si el motor está montado en posición vertical con el eje hacia arriba, o tiene una extensión de eje en la parte superior como para un ventilador de refrigeración externo, se debe instalar un sello en el punto #1 como lo muestra la Figura 4. Esto ayudará a prevenir la entrada de contaminación exterior dentro de la cámara de lubricación del rodamiento superior. Nota: Para obtener una vida óptima del sello, el diámetro del sello deberá exceder .020” (0.5 mm) al diámetro real del eje.

Si existe una extensión de eje en el lado inferior del motor, instalar un sello de labio en el punto #3 como lo muestra la Figura 4 ayudará a retener el lubricante en el rodamiento inferior y en su cámara de lubricación. Igualmente, instalar un sello de labio debajo del rodamiento superior en el punto #2 ayudará a retener el lubricante en el rodamiento superior y en su cámara de lubricación.

En un motor a prueba de goteo (DP) montado en posición vertical con el eje hacia abajo, se puede instalar una cubierta anti-goteo (sombrerete o “gorro chino”) para aumentar la protección contra la entrada de líquidos como el agua. La Figura 1 muestra un motor a prueba de goteo horizontal montado en posición vertical con el eje hacia abajo con cubierta anti-goteo.

Fijación axial de un rodamiento de empuje axial

El rodamiento fijo en la posición horizontal normalmente es el del L. Acoplamiento y está asegurado axialmente por el alojamiento de la pista externa en el lado externo y la tapa cubre-grasa interna. Si el motor va a ser montado en posición vertical con el eje hacia abajo, no son necesarios pasos adicionales para la fijación axial. Además, si la pista externa está asegurada axialmente en el eje con un anillo o una tuerca de seguridad, entonces no son necesarios pasos adicionales para la fijación axial al montar el motor en posición vertical con el eje hacia abajo o hacia arriba.

Si la pista interna del rodamiento fijo no está asegurada axialmente al eje, se debe instalar un anillo o tuerca de seguridad. Si el motor está acoplado directamente al equipo impulsado, la parte externa del eje adyacente al rodamiento se puede roscar para montar la tuerca y la arandela de seguridad o se puede mecanizar en ella una ranura para instalar un anillo de seguridad del tamaño adecuado. Modifique el eje para poder instalar una tuerca y arandela de seguridad en el rodamiento en aplicaciones con alta carga radial relativa como una transmisión por correas o con piñones dentados. En este tipo de aplicaciones no se deben emplear anillos de seguridad. 

DISPONIBLE EN INGLÉS

Categories: AC motors, Rotors, Alignment, Bearings, Design/theory/application, Frame, Lubrication, Miscellaneous, Shafts

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