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HERRAMIENTAS
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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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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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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: 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.
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