Balanceo de motores motores estático y dinámico dinámico Desbalance
Se dice que una una pieza se encuent entra desbala desbalance nceada ada cuando cuando su centro centro de masa masa (cent (centro ro de grav graveda edad) d) no coin coinci cide de con con su cent centro ro geom geomét étri rico co.. Esta Esta cond condic ició ión n es causada por una distribución desigual del peso del rotor alrededor de su centro geométrico. El desbalance es una de las fuerzas que causan problemas en rotores y máquinas rotativas. Si una máquina está desbalanceada presenta altos niveles de vibración, y ruido en la máquina. Balance El ba bala lance nce es la té técni cnica ca de co corr rregi egirr o el elim imin inar ar fu fuer erzas zas o mo mome mento ntoss ge gener nerad adore oress de perturbaciones vibratorias. El balanceo reduce el consumo de energa en las máquinas, reduce los niveles de vibración e incrementa la vida de los rodamientos a veces de manera importante.
!uentes de desbalanceo
!alta de simetra (desplazamientos de corazones en la fundición, superficies con acabado superficial pobre).
"aterial no #omogéneo ($nclusiones en materiales for%ados o rolados, variaciones en la red cristalina causadas por las variaciones de densidad del material).
&istorsión a la velocidad de operación.
E'centricidad. a e'centricidad se define como la no coincidencia entre el e%e de rotación y el e%e de simetra. a e'centricidad puede tener lugar en diferentes tipos de elementos mecánicos, como son las poleas, las ruedas dentadas y en el posicionamiento relativo entre dos piezas concéntricas, caso del rotor y el estátor de un motor.
&esalineamiento de los rodamientos.
&esplazamiento de las partes debido a la deformación plástica.
&esbalance #idráulico o aerodinámico (cavitación o turbulencia).
radientes térmicos.
Punto pesado El punto pesado identifica la posición angular del desbalance en una pieza. *ara representarlo en un gráfico se necesita mostrar su magnitud, la distancia desde este punto al centro geométrico de la pieza y su dirección.
+alanceo estático a figura se compone de una combinación de disco y árbol, o e%e, que descansa sobre rieles rgidos y duros, de tal manera que el e%e, que se supone es perfectamente recto, pueda rodar sin fricción. Se fi%a un sistema de referencia ', y, z en el disco que se mueve con él. Se pueden conducir e'perimentos sencillos para determinar si el disco está estáticamente desbalanceado, de la manera siguiente. uédese el disco suavemente impulsándolo con la mano y dé%ese rodar libremente #asta que vuelva al reposo. uego márquese con una tiza el punto más ba%o de la periferia del disco. eptase la operación cuatro o cinco veces. Si las marcas quedan dispersas en lugares diferentes alrededores de la periferia, el disco se encuentra balanceado estáticamente. Si todas las marcas coinciden, el disco se encuentra estáticamente desbalanceado, lo que significa que el e%e del árbol y el centro de masa del disco no coinciden. a posición de las marcas con respecto al sistema 'y indica la ubicación angular del desbalanceo- pero no su magnitud. Si se descubre que e'iste desbalanceo estático, éste se puede corregir eliminando material mediante una perforación en las marcas sealadas, o bien, agregando masa a la periferia a /012 de la marca. *uesto que se desconoce la magnitud del desequilibrio, estas correcciones se deben #acer por tanteos.
*ara determinar la ecuación del movimiento de sistema, se especifica m como la masa total y
mu
como la masa no balanceada. 3simismo, sea la rigidez del e%e, un n4mero que
describe la magnitud de una fuerza necesaria para doblar al e%e una distancia unitaria cuando se aplica en 5. Sea c el coeficiente de amortiguamiento viscoso. Si se selecciona cualquier coordenada. 2
´ + c ´ m x x + kx =mu r G ω cosωt
•
"áquinas de balanceo estático.
El propósito de una máquina para balancear es indicar, en primer lugar, si una pieza esta balanceada. En caso de no estarlo, la máquina debe medir el desbalanceo, indicando su magnitud y ubicación. as máquinas para balanceo estático se utilizan sólo para piezas cuyas dimensiones a'iales son pequeas, como, por e%emplo, engranes, ventiladores e impulsores, y con frecuencia reciben el nombre de máquinas para balancear en un solo plano, porque la masa debe estar prácticamente en un solo plano.
El balanceo estático es esencialmente un proceso de pesado en el que se aplica a la pieza una fuerza de gravedad o una fuerza centrfuga. 6a se #a visto que el e%e y el disco de la sección anterior se podan balancear colocándolo sobre dos rieles paralelos, #aciéndolo oscilar y de%ándolo encontrar el equilibrio. En este caso, la localización del desbalanceo se encuentra con la ayuda de la fuerza de la gravedad. 5tro método para balancear el disco sera #acerlo girar a una velocidad predeterminada. Entonces se podran medir las reacciones en los co%inetes y utilizar sus magnitudes para indicar la magnitud del desbalanceo. *uesto que la pieza está girando mientras se toman las mediciones, se usa un estroboscopio para indicar la ubicación de la corrección requerida.
Esta máquina es esencialmente un péndulo que se puede inclinar en cualquier dirección, como lo ilustra el dibu%o esquemático de la figura a. 7uando se monta en la plataforma de la máquina un espécimen desbalanceado, el péndulo se inclina. a dirección de la inclinación da la ubicación del desbalanceo, en tanto que el ángulo indica la magnitud
Balanceo dinamico
+alanceo dinámico en un plano
Un plano Dos planos
El desbalanceo puede ser representado por un punto pesado (8), que se encuentra a una distancia del centro de rotación (). El peso(8) al girar provoca una fuerza centrfuga que se transmite en los apoyos, lo que provoca una fuerza vibratoria.
3plicando la segunda ley de 9e:ton
w
∑ F =ma= g ω
2
r
95;3< la fuerza centrfuga originada por el desbalanceo, crece con el cuadrado de las revoluciones del rotor. =n pequeo desbalanceo puede provocar fuerzas centrifugas considerables, por tanto, debe balancearse el rotor antes de entrar en funcionamiento.
Balance de dos planos Proceso de hacer coincidir el eje de rotación con el eje principal de inercia del rotor”
En este caso solo se puede balancear colocando dos contrapesos en dos planos perpendiculares al e%e de rotación y con posiciones angulares distintas. 7uando un rotor esta balanceado estáticamente y el e%e principal de inercia no concuerda con el e%e de rotación, es porque solamente e'istirá el punto del centro de gravedad entre ambos.
a) El desbalance de >onzas?pulg es equivalente a @?/ABonzas?pulg, en el e'tremo izquierdo y C de onzas?pulg en el e'tremo.
Punto nodal
Este método consiste en encontrar el punto de vibración cero. *ara ello colocamos el rotor a equilibrar sobre co%inetes a un soporte conocido como barra nodal. Suponemos que el e%e está equilibrado en el plano de corrección de la izquierda, pero e'iste un desequilibrio en el de la derec#a. Si se #ace girar el rotor se produce una vibración del con%unto y la barra nodal gira en torno a alg4n punto. *ara saber cuál es ese punto deslizamos un relo% comparador sobre la barra nodal y vemos cuando el movimiento es cero. Ese punto será el punto nodal o nulo. &ebemos recordar que #emos supuesto al principio que no e'ista desequilibrio en el plano de corrección de la izquierda. *or tanto, si e'istiera la magnitud del desequilibrio la marcara el relo% comparador situado en el punto nodal calculado anteriormente independientemente del desequilibrio que e'istiera en el plano de la derec#a. Compensación mecánica
Este método se usará para lograr que un e%e al girar lo #aga con suavidad, sin vibraciones debidas a los desequilibrios. 3demás, el rotor girará con suavidad para toda velocidad de giro. El rotor se puede impulsar con una correa, una articulación universal, o se puede auto impulsar si es, por e%emplo, un motor. *ara #allar la magnitud y la dirección de las fuerzas que crean el desequilibrio fi%amos al rotor dos masas (m) que giren solidarias con éste. Estas masas podrán distanciarse un ángulo DA@ cada una con respecto al e%e com4n
*or medio de dos controles obtendremos la magnitud y el desfase angular del desequilibrio "< 7ontrol de magnitud< ariando el ángulo D obtendremos la magnitud del desequilibrio. 5bsérvese que si • DF12 la fuerza que crean las masas compensadoras es má'ima, mientras que si DF/012 ambas se contrarrestan y la 4nica fuerza que queda en el rotor es la del desequilibrio. 7ontrol de ubicación< a posición angular de los pesos compensadores con respecto al desequilibrio, dada • por G, nos permitirá #allar la dirección en la que act4a la descompensación, es decir, el desfase angular del desequilibrio.
Rotores de motores eléctricos
7uando se construye un motor eléctrico, en su fase final comprobaremos el comportamiento de las vibraciones parásitas y su marc#a suave o tranquilidad de marc#a. 3demás de las vibraciones mecánicas debemos tener en cuenta las vibraciones electromagnéticas pues la influencia de ambos tipos de vibraciones dependerá de la velocidad má'ima del motor. as vibraciones mecánicas dependen de la construcción especialmente si el rotor es bobinado ya que las bobinas suelen quedar desplazadas del e%e y provocan este tipo de vibraciones- estas vibraciones también pueden estar provocadas por variaciones térmicas y mecánicas del aislante y el desplazamiento por centrifugación de las espiras del bobinado. ;ambién provocan estas vibraciones la turbina de ventilación, las c#apas mal apiladas, el colector, el descentramiento del paquete de c#apas respecto al e%e etc.
Cigüeñales
os cigHeales son rotores que tienen una relación de movimientos muy especiales. En ellos intervienen dos tipos de movimientos como son el rotatorio propio del cigHeal y el movimiento oscilatorio o de vaivén del émbolo. *ara obtener los dos movimientos, antes citados, intervienen varias piezas de acoplamiento como son los pistones y las bielas que combinan ambos movimientos.
;eniendo en cuenta el equilibrado, podemos distinguir dos tipos de cigHeales< a) El cigHeal cuyo e%e de inercia coincide con el e%e de rotación el equilibrado se realiza como un rotor normal, teniendo en cuenta que el peso se e'traerá en forma
de componentes de acuerdo con la distribución angular de los pistones ya que solo se puede e'traer peso de las IguitarrasI dispuestas para ello en contra de los pistones. b) El cigHeal cuyo e%e de rotación no coincide con el e%e de inercia como es el de una motocicleta o el de un compresor- en este caso se colocará, en la gualdera, e%e de giro de la biela, un peso determinado que sustituirá los efectos dinámicos del con%unto biela y pistón.
