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Foto: www.projectsinmetal.com

Niveles de precisión: más allá de la burbuja *Ing. Homar Alirio López Q.

Alineación, montaje y asentamiento de máquinas.

La alineación es un procedimiento usado en el mantenimiento predictivo de todo tipo de maquinaria, esta técnica reduce los fallos repentinos y las paradas imprevistas de producción; además, preserva la vida útil de los equipos y mejora la eficiencia energética.

No hay que ser un gurú de la mecánica para saber qué es un nivel con burbuja. Aquel tradicional instrumento utilizado por el “maestro constructor”, destinado al asentamiento y verificación exacta de la alineación de todo tipo de objetos, piezas, estructuras y máquinas. Por su sencillez y gran utilidad, su uso se ha extendido a múltiples usuarios, desde el profesional hasta el principiante. Y a cualquier clase de aplicación, desde construir una pared o instalar un piso, hasta comprobar la nivelación de un objeto en el hogar. No obstante, pocos conocen la real importancia de la alineación, el paralelismo y la rectitud de las piezas y las máquinas en la industria.

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HERRAMIENTAS De la misma forma, existen dudas acerca de los diversos instrumentos empleados para este tipo de alineación, como los niveles de precisión. Instrumentos, aunque similares, muy diferentes a los tradicionales niveles de horizontalidad con burbuja verde. Los niveles de precisión están, especialmente, destinados al asentamiento y la verificación de la nivelación exacta de todo tipo maquinaria. Además, son muy utilizados en los departamentos de control de los talleres para comprobar tanto la planitud de las mesas de trabajo como la calidad de las piezas mecanizadas. En efecto, la nivelación industrial va más allá de la simple verificación de la alineación. Por ejemplo, en el trabajo metalmecánico es primordial este tema; particularmente, en el arranque de viruta, dentro del alistamiento de las piezas a mecanizar, en los tornos y las fresadoras, tanto convencionales como en las máquinas CNC, donde la calidad y la precisión dimensional dependen; entre otros, del centrado de la pieza con referencia a la máquina. En los tornos paralelos, cualquier pequeña desnivelación ocasiona torcedura de bancada, lo que a su vez genera fallas en la pieza final, así como el desgaste prematuro de la bancada y la desalineación y fractura de las transmisiones de piñón, entre otros graves problemas. Similares inconvenientes se presentan en las demás máquinas-herramientas para el mecanizado y el conformado de metales. A su vez, es vital garantizar la alineación de la superficie donde estarán montadas las máquinas rotativas, pues éstas deben incluir condiciones adecuadas de planitud, con el fin de reducir las vibraciones mecánicas y evitar así la afectación tanto de las máquinas como del acabado de las piezas. Para cada aplicación es indispensable usar el instrumento adecuado, sobre el que los operarios y los jefes de mantenimiento deberían tener pleno conocimiento para evitar errores y problemas de medición.

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Cuerpo y cara plana de un nivel con burbuja de precisión de 0005”.

Cortesía www.starrett.com

¡Las máquinas bien niveladas reducen los costos de funcionamiento!

Niveles de precisión • Niveles análogos de precisión: son instrumentos que tienen un cuerpo metálico, generalmente de hierro fundido envejecido, que puede ser cuadrado o rectangular, según su aplicación. Los niveles de estructura rectangular son los más utilizados para verificar la planitud de superficies horizontales y verticales. Los niveles de caja cuadrada, además, sirven para verificar que una superficie este a 90 ° con respecto a la base. Para esto, hay que colocar la cara inferior del nivel sobre la superficie horizontal y, a la vez, apoyar la cara lateral, en forma de escuadra, en la superficie vertical del objeto a medir. En cualquier caso, dentro de la caja metálica va montado un tubo de vidrio o plástico curvado o rectificado, a través del cual circula una solución de éter, alcohol o aceite especial, formulada por cada fabricante, con una burbuja de aire en su interior. La burbuja de aire, de entre 20 mm a 30 mm, se encuentra siempre en la posición más alta posible

del cilindro, por lo cual se desplaza dentro del tubo según la dirección del instrumento o la planitud de la superficie a medir. La inclinación del nivel puede leerse en una escala ya que el tubo está marcado con líneas divisorias de referencia. El punto de referencia o punto de alineación se mostrará cuando los bordes de la burbuja se encuentren entre las líneas de graduación, sin tocarlas. Mientras más grande sea la pendiente mayor será el movimiento de la burbuja. Para obtener una lectura correcta con un nivel, ambos extremos de la burbuja deben estar visibles. La mayoría de los niveles con burbujas de vidrio y plástico tiene apenas dos líneas a lo largo de la longitud, porque los usuarios, en general, quieren apenas saber si algo está nivelado o no. Los niveles más precisos tienen burbujas rectificadas con varias líneas de lectura en cada lado. Las divisiones de escala están dadas según la precisión del instrumento y se pueden leer en pulgadas (sistema inglés) o milímetros (sistema métrico). Todas las graduaciones de burbujas con lectura en pulgada están distantes 0,100”, lo que mostrará al operador de manera precisa, en cuánto el equipamiento está desnivelado. Por su parte, los niveles de lectura métrica tienen

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Cortesía www.starrett.com

extremos entre la burbuja y las líneas de lectura.

Nivel de precisión para mecánicos con burbuja rectificada y graduada. Tiene también una burbuja transversal. La burbuja principal es ajustables y está alojada en un tubo de latón con acabado satinado, con una tapa que se cierra por fricción para evitar quiebres. La base de este nivel presenta una ranura curvada a lo largo de toda su extensión que proporciona un asentamiento confiable sobre piezas cilíndricas, tales como tubos y ejes.

graduaciones en las burbujas con fracciones de milímetro por metro. Los niveles métricos más comunes son de 0,42 mm/m; 0,2 mm/m; 0,1 mm/m; 0,05 mm/m; 0,04 mm/m; y 0,02 mm/m; siendo los últimos los más precisos, pues alcanzan a percibir desniveles de centésimas de milímetros. La sensibilidad: Todos los niveles de precisión tienen cierto grado de sensibilidad; es decir, una mayor o menor capacidad de identificar el desnivel. La sensibilidad de un nivel de burbuja está generalmente especificada en segundos o minutos por división; cada división tiene aproximadamente 0,25 mm de largo, por ejemplo como la precisión de 10 segundos o de 43 minutos. Una burbuja con precisión de 10 segundos significa que si el nivel se encuentra en una inclinación de 0,4 mm por metro (o 0,0005” por pie), entonces la burbuja se moverá 2,5 mm (0,100”). Pero esto es confuso para muchos usuarios, por lo que es mejor usar la definición más práctica de milímetros por metro de elevación o pulgadas por pie de elevación. Por ejemplo, al colocar un instrumento de precisión, que registre desniveles de 0,2 mm, sobre una superficie de 1 m de longitud, si la burbuja se separa de la horizontalidad en una división esto significa que hay una desviación de 0,2 mm. Errores de medición: Conviene aclarar que el buen funcionamiento del nivel y, en consecuencia, la

precisión de la medición puede ser afectada por factores externos. La precisión de un nivel depende del mecanizado adecuado de la superficie de contacto, de la rectitud, de la rigidez de la construcción y de la sensibilidad de la burbuja. Es decir, sobre superficies ásperas, irregulares o muy flexibles estos instrumentos pueden mostrar mediciones incorrectas. Así mismo, la temperatura es otro factor que también puede afectar el tamaño de la burbuja y la medición. A medida que el nivel se calienta por la temperatura del ambiente, el líquido se expande y la burbuja se contrae, reduciendo de ese modo el tamaño de la burbuja; por lo tanto, con relación al nivel real, habrá vacíos en ambos

De modo inverso, si la temperatura ambiental estuviera muy fría, el líquido se contrae y la burbuja podría expandirse y ultrapasar las líneas de lectura. A su vez, el calor excesivo de la mano del operario en el centro del nivel, por un período largo de tiempo, podría expandir el centro de la burbuja, causando una lectura con una ligera convexidad en la superficie de trabajo, así como también provocar una medida que simule una tendencia de torsión en las superficies planas. Esto es más perceptible en niveles de alta precisión, por ello algunos modelos cuentan con un sistema de burbujas ajustables el cual les permite realizar ajustes en el lugar de trabajo. Si el usuario observa que la temperatura está afectando la medición, simplemente, debe dejar el instrumento en un lugar seco, alejado de los rayos directos ultravioleta o del frio extremo, para que la burbuja retome sus propiedades originales. • Nivel digital: Para la nivelación en la industria, también suelen utilizarse los niveles digitales, estos tienen sensores conocidos como acelerómetros que permiten determinar el nivel de inclinación de una superficie con respecto al centro

Foto: metalscraping.com

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Nivel de precisión empleado junto con una escuadra para alinear la bancada de una máquina de mecanizado.

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Foto: s1031.photobucket.com

Foto: cdn3.volusion.com

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Nivel de precisión digital.

Cómo hallar la inclinación exacta de una superficie con un nivel de burbuja Uso del nivel cuadrado con burbuja de precisión.

gravitatorio de la tierra con alta precisión. Aunque los niveles digitales son menos precisos que los análogos, son muy útiles y prácticos ya que muestran con exactitud cuántos grados una superficie está desnivelada, mientras que para hallar el grado de inclinación con los instrumentos de burbuja es necesario que el operario realice algunos cálculos matemáticos. Véase: Cómo hallar la inclinación exacta de una superficie con un nivel de burbuja.

Como un nivel de burbuja indica la inclinación de la superficie con respecto a una superficie nivelada, la siguiente ecuación calcula la inclinación real a una longitud específica (L): Valor de la inclinación real (Real Inclination Value, RIV) = División de escala * L * número de divisiones desplazadas por la burbuja. Ejemplo: División de escala de la Burbuja = 0.02 mm/m Longitud (L): 200 mm Numero de divisiones = 2 div. Entonces: RIV: = (0.02 / 1 000) * 200 * 2 = 0.008 mm Así las cosas, la inclinación de la superficie de 200 mm es 0.008 mm

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HERRAMIENTAS ¡Hasta un 50% de los daños que sufren las máquinas de mecanizado están directamente relacionados con problemas de montaje y asentamiento!

Modo de uso Antes de utilizar cualquier nivel de precisión, es importante hacer una verificación del cero en el instrumento, para determinar si es necesario o no ajustar la posición de la burbuja. Para ello, se coloca el nivel sobre una superficie plana, lo más nivelada posible, y se observa la posición de la burbuja luego que se estabilice; enseguida se gira el nivel 180 ° y se observa nuevamente la posición de la burbuja, esta posición se compara con la posición anterior, si la posición de la burbuja no cambia más de ½ división, el ajuste del nivel es correcto. Si el resultado es mayor que ½ división, será necesario ajustar la posición de la burbuja haciendo uso del tornillo de ajuste, este tornillo se encuentra por lo general en la parte superior o lateral del nivel dependiendo del fabricante, gire el tornillo hacia la derecha o izquierda hasta satisfacer la condición de la ½ división. Así mismo, antes de iniciar el procedimiento de medición es aconsejable limpiar la base del instrumento y superficie del objeto a medir, para evitar errores de planitud. Regularmente es importante remitir a un laboratorio certificado el instrumento para su calibración.

Lado Izquierdo

Durante la calibración de estos niveles, se toman lecturas al lado izquierdo, derecho y en sentido positivo y negativo a lo largo de las divisiones de la burbuja, para garantizar el cumplimiento en toda la escala, es importante tener en cuenta el sentido en que se calibro el nivel, si la burbuja auxiliar está al lado izquierdo, siempre se deben hacer las lecturas en esta posición, si por el contrario la burbuja auxiliar está en el lado derecho, se harán por el lado derecho, esta información debe contemplarse en el certificado emitido por el laboratorio que realizó la calibración. Si el nivel tiene una división de escala más alta, o es digital, la acción de gravedad sobre el acelerómetro o sobre la burbuja es mayor, ocupando casi en su totalidad la superficie, esto permite despreciar el lado de la burbuja auxiliar en el caso de los niveles análogos, o la posición en los digitales, lo que quiere decir que independiente de la posición del nivel, la lectura no debe cambiar.

Recomendaciones • Evite las caídas o los impactos repentinos que pueden causar un desajuste o el rompimiento de la burbuja. • No exponga el instrumento a la luz solar directa ni a temperaturas extremas. • No tome medidas sino hasta que las burbujas se hayan estabilizado completamente. • Para obtener los mejores resultados, el nivel y la superficie de trabajo deben estar a la misma temperatura que la habitación en que se encuentren.

Lado Derecho

Antes de usar el nivel de precisión es necesario ajustar el cero, para ello hay que colocar el instrumento sobre una superficie plana y observar la ubicación de la burbuja, después se gira el nivel 180 ° sobre su eje y se observa, nuevamente, la posición de la burbuja. Si la posición no cambia más de ½ división el ajuste es correcto, de lo contrario hay que apretar o aflojar el tornillo de ajuste.

Finalmente, aunque hacen parte de otro grupo de instrumentos y poco tienen que ver con los niveles de burbuja, vale la pena mencionar que existen equipos especiales para a alineación de máquinas rotativas como los comparadores de carátula y los láseres de alineación. Los cuales son usados para verificar y realizar el mantenimiento predictivo de los ensambles entre el motor y la máquina, o motor-bomba, unidos por acoples instalados en ejes motrices. Un ensamble alineado dentro de las tolerancias correctas, de acuerdo a las revoluciones por minuto del motor, reduce los costos finales del proceso ya que hay menor esfuerzo de la máquina y, por ende, menos consumo de energía, además se preserva la vida útil de los rodamientos y de los componentes del sistema. Este tema, seguramente, se tratará con mayor profundidad en las siguientes ediciones de la Revista Metal Actual.

*Autor Ingeniero en Control de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, actualmente adelanta la especialización en Ingeniería Medica. Cuenta con más de diez años de experiencia en la rama de la metrología, en empresas del sector ING. Homar Alirio Lopez Q. servicios, metalmecánica y farmacéutica (Empacor s.a., Pinzuar ltda, Vitrofarma s.a, Laboratorios Legrand S.A.), en el área técnica, de control, desarrollo y calibración. Actualmente, trabaja como especialista en calibración para el laboratorio de Metrología de Sumincol S.A.S, acreditado por ONAC para prestar servicios de calibración en las magnitudes de longitud, torque y presión. [email protected]

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