¿Qué es el desequilibrio?
Un rotor tiene ejes alrededor de los cuales “naturalmente prefiere” rotar, generalmente llamados ejes principales. Intuitivamente, son ejes que pasan por el centro de masa y la distribución de masa alrededor de estos ejes es uniforme y simétrica. Un rotor físico tiene un eje físico de rotación. Sin embargo, debido a la falta de uniformidad en la distribución de masa del rotor, el eje físico de rotación y el eje principal no coinciden, por lo que la distribución de masa alrededor del eje de rotación no es uniforme. Esta falta de uniformidad en la masa se cuantifica y se manifiesta como un desequilibrio del rotor.
Cuando la distribución de masa no es uniforme puramente en la dirección radial, pero si lo es axialmente, solo el centro de masa y los ejes principales se desplazan paralelos al eje de rotación. Esto se conoce como desequilibrio estático. En cambio, cuando la distribución de masa es tal que el eje de rotación y los ejes principales se cruzan en el centro de masa, se considera un desequilibrio de par. Este último suele suceder cuando la distribución de masa es simétrica con respecto al centro de masa axialmente, pero igual y opuesta radialmente a cada lado del centro de masa.
Los rotores tienen una combinación de desequilibrio estático y de par. El efecto relativo de cada tipo de desequilibrio depende de la forma y del tamaño del rotor.
¿Cuáles son las causas del desequilibrio?
Todos los procesos de fabricación se realizan dentro de una tolerancia específica. El error que ocurre en cada etapa del proceso de fabricación afecta la distribución de masa del rotor. Algunos ejemplos pueden ser: una fundición en la que el flujo del metal no es uniforme, fundiciones con orificios de soplado, la soldadura durante la fabricación o el retrabajo que pueden crear un desequilibrio debido a los efectos térmicos y de la soldadura.
¿Cuáles son los efectos del desequilibrio?
La distribución de masa no uniforme provoca la generación de fuerzas centrífugas. Estas fuerzas se transfieren a los soportes del rotor, como el cojinete, la carcasa del cojinete y, finalmente, el bastidor de la máquina. La fuerza de desequilibrio es, por tanto, un forzamiento cíclico y repetitivo, el cual provoca una reducción de la vida útil de los rodamientos, de los componentes, mayores cargas y fatiga. La vibración inducida también puede estar por encima de los límites aceptables desde el punto de vista del ruido, la vibración y la dureza.
¿Cuál es la relación entre el desequilibrio y la vibración?
El desequilibrio es una cantidad de masa física que provoca una fuerza centrífuga que induce la vibración. Uno de los efectos del desequilibrio en un rotor giratorio es la vibración. Sin embargo, el desequilibrio no es la única fuente de esta vibración. El desequilibrio genera un tipo característico de vibración, que tiene la misma frecuencia que la del componente giratorio, lo que se denomina 1x. Por ejemplo: un rotor que gira a 1200 rpm, es decir, 20 ciclos por segundo o 20 Hz, tendrá una vibración producida por el desequilibrio de 1x de la velocidad de funcionamiento, es decir, 20 Hz. En una máquina, otras fuentes de vibración también pueden estar presentes, digamos en múltiples armónicos como 3x, 5x y también de otros elementos de transmisión como correas, engranajes, cojinetes, entre otros. Por lo tanto, equilibrar un rotor es fundamental para la reducción de vibraciones. Sin embargo, un rotor bien equilibrado en el ensamblaje aún puede funcionar con vibración si no se atienden otros aspectos del montaje y ensamblaje.
¿Qué es el balanceo de un rotor?
El proceso de reducir el desequilibrio de un rotor dentro de un valor de tolerancia especificado se llama balanceo. En el uso común, el término también puede significar verificar si el rotor tiene un desequilibrio dentro de la tolerancia específica. Dependiendo de la aplicación, el desequilibrio en el rotor puede corregirse o rechazarse el rotor.
Normalmente, un rotor se equilibra cargándolo y comprobando su desequilibrio en una máquina balanceadora. Estas máquinas hacen girar el rotor a una velocidad específica, midiendo el desequilibrio mediante sus sensores y la instrumentación equilibradora y muestran el valor del desequilibrio al operador. El operador puede decidir agregar o quitar pesos en la ubicación indicada para equilibrar el rotor.
¿Cuáles son los beneficios de equilibrar un rotor?
Un rotor equilibrado genera fuerzas centrífugas más bajas y, como consecuencia, niveles de vibración más bajos. Esto permite que las motores funcionen más rápido y duren más, mejorando la productividad y la fiabilidad. Un rotor bien equilibrado genera menores tensiones en los cojinetes, lo que prolonga la vida útil de los componentes.
¿Qué es una balanceadora?
Una balanceadora es una máquina de medición diseñada para decirle al operador dónde se deben agregar o quitar masas en un rotor para llevar un rotor desequilibrado dentro de una tolerancia de balanceo específica.
En general, esta máquina está equipada con un soporte o cama. Los soportes del rotor donde se monta el componente se fijan en este soporte / cama. Se proporciona una disposición de accionamiento para centrifugar el trabajo a una velocidad predeterminada. Los sensores de RPM se utilizan para medir la velocidad de rotación. Los sensores de vibración se utilizan para medir las señales de vibración del componente. Un sistema de medición, procesamiento y visualización procesa y convierte estos datos del sensor en resultados de desequilibrio legibles por el operador.
Las balanceadoras modernas suelen ser computarizadas, en las que la indicación de la ubicación del desequilibrio se muestra en una computadora. Además, estas máquinas pueden incluir opciones de corrección de desequilibrio automática o manual según las consideraciones de costo y productividad.
Por otro lado, algunos modelos de balanceadoras poseen características estándar como calibración automática, compensación de errores de herramientas, programa de ponderaciones, generación de informes, función de transportador electrónico de ángulo remoto, entre otras. Estas características sirven para equilibrar los rotores de forma rápida y eficiente en un entorno industrial.
¿Cómo se interpreta el desequilibrio en una balanceadora?
El desequilibrio es una cantidad vectorial, es decir, tiene una magnitud y una dirección. La magnitud del desequilibrio se define como un producto compuesto (multiplicación) del valor de la masa (m) por el radio (r). Es decir, m x r. Esta es la cantidad medida internamente en las balanceadoras. El usuario introduce un radio de corrección deseado (r), y la máquina calcula la masa de desequilibrio (m) basándose en el valor de desequilibrio medido. La dirección del desequilibrio es el ángulo medido a partir de una referencia conocida en la máquina balanceadora. Por tanto, las unidades métricas serán g-mm. Un ejemplo de desequilibrio sería 10 g-mm a 45°. La referencia puede fijarse en el rotor, como una pegatina reflectante, o internamente en la máquina. En algunas referencias literarias, el desequilibrio se refiere en términos de excentricidad, medida en micrones para el sistema métrico. Esta medida normaliza el desequilibrio con respecto al peso del rotor. Es decir, es el desequilibrio dividido por el peso del rotor (m x r / M), donde M es la masa del rotor. Al hacer la división, se debe tener cuidado de usar unidades consistentes, es decir, si m x r son unidades de g-mm, M debe estar en gramos.
Para una corrección práctica del desequilibrio, es necesario conocer el valor del desequilibrio en un valor de peso (por ejemplo gramos). Esto se logra dividiendo el valor de desequilibrio por el radio. Por tanto, un desequilibrio de 50 g-mm en un radio de 100 mm, necesita una corrección de 50 g-mm / 100 mm, es decir: 0,5 gramos.
Para la interpretación del efecto del desequilibrio, la magnitud es el valor relevante. El ángulo es relevante para determinar la ubicación del desequilibrio. El ángulo puede tener cualquier valor entre 0 y 360° en el rotor. Por lo tanto, un componente con un desequilibrio de 5 g-mm a 355° está mejor equilibrado que uno a 10 g-mm a 5°.
Cabe señalar que para cuantificar y comparar el efecto de las masas de desequilibrio, tanto la masa de desequilibrio como el radio son importantes. Esto se debe a que la fuerza centrífuga generada por una masa giratoria es m x ω x ω x r, donde m y r son la masa de desequilibrio y el radio de corrección y ω es la velocidad angular definida como ω = 2 * pi * RPM / 60. Normalizando con las RPM, la fuerza centrífuga generada por el desequilibrio es cuantificada por m x r. Entonces, un desequilibrio de 10 gramos en un radio de 100 mm, (10 × 100 = 1000 g-mm de desequilibrio) tiene el mismo efecto que un desequilibrio de 20 gramos en un radio de 50 mm (20 × 50 = 1000 g-mm).
¿Qué información necesito para elegir una balanceadora?
Algunas consideraciones a tener en cuenta son:
- Dimensiones físicas del componente como longitud, diámetro. La balanceadora debe poder acomodar físicamente los componentes.
- Peso del componente para seleccionar una balanceadora capaz de manejar la carga del componente.
- En caso de que sea necesario manipular una variedad de componentes, el tamaño de los diferentes componentes debe ser físicamente compatible con la máquina balanceadora. Se debe tener en cuenta que, debido a las limitaciones de precisión, dimensiones de montaje, disposiciones de transmisión y potencia de transmisión, las máquinas balanceadoras solo tienen un rango específico de tamaños que pueden acomodar en una sola máquina. Es posible que se requieran varias máquinas balanceadoras para manipular una amplia gama de tamaños y pesos.
- Precisión de equilibrado requerida, que se decide por la tolerancia de equilibrado requerida. Esto generalmente lo especifica el diseñador de componentes en función de la aplicación, la velocidad de servicio, las vibraciones aceptables y las consideraciones de límite de carga, entre otras características. Las pautas para seleccionar la tolerancia también se pueden obtener de la ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940).
- Si se requiere corrección del desequilibrio o solo la medición es suficiente. En caso de que se requiera corrección, hay que tener en cuenta el método de corrección. Algunas balanceadoras como por ejemplo las verticales, pueden equiparse con estaciones de corrección integradas.
- Tipo de componente: se refiere al tipo de máquina a equilibrar. Algunos componentes pueden equilibrarse de manera óptima en una balanceadora de propósito especial o en una de ensamblaje para mejorar la precisión del equilibrado y el producto final.
¿Qué tipo de componentes se pueden equilibrar?
La mayoría de los componentes giratorios se pueden equilibrar. Sin embargo, el diseño de los componentes y las consideraciones comerciales pueden determinar los requisitos de balanceo. Algunos componentes posibles de equilibrar son : rotores eléctricos, ventiladores, bombas, turbinas, centrifugadoras, motores y poleas en montaje, componentes de automóviles, componentes textiles, piezas de turbina eólica, rollos, piezas de la industria del papel y componentes mineros, entre otros.
Fuente: https://www.precibalance.com/basics-of-balancing-and-balancing-machines
