INSTITUTO TECNOLOGICO DE SAN LUIS L UIS POTOSI
Materia: Vibraciones Mecánicas
-Profesor: Ing. José Arturo Tapia Barraza
Trabajo: UNIDAD IV.- BALANC! D "!T!"# $ LMNT!# "!TATIV!#
"ea%iza&o por' (INDA LUNA J!#U ALJAND"! JUA") BA""!N "UBN !MA" MA"TIN) *I+U"!A "!D!L*! DA"IN •
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*ec,a' 3 de mayo del !"#
INDICE
Contenido INTRODUCCIÓN....................................................................................................................... 3 DESBALANCE........................................................................................................................... 4 Rotores rígidos................................................................................................................... ..... 4 Rotores fexibes...................................................................................................................... 4 Toer!n"i!s en #n Desb!!n"eo............................................................................................... $ %ETODO &ARA BALANCEO ESTATICO............................................................................... .... $ %ETODO &ARA BALANCEO DINA%ICO EN UN &LANO............................................................' %ETODO &ARA BALANCEO DINA%ICO EN DOS &LANOS....................................................... ( Con"#siones................................................................................................................... )* BIBLIO+RA,IA.................................................................................................................. ))
INTRODUCCIÓN % ba%anceo es %a técnica &e corregir o e%iinar uerzas o oentos genera&ores &e perturbaciones /ibratorias. n %a inensa a0or1a &e %os casos2 e% &esba%ance se caracteriza por presencia &e a%tos ni/e%es &e /ibraciones en %os p%anos ra&ia%es &e% rotor. Los rotores pue&en ser e3c%usi/aente giratorio en torno a su propio e4e2 coo en %os otores e%éctricos %as bobas centr1ugas 0 a3i%es2 o bien copuesto2 es &ecir2 &e rotaci5n 0 re/o%uci5n en torno a% e4e. n to&as %as á6uinas rotati/as2 %os principa%es prob%eas re%ati/os a% rotor son' e% e6ui%ibra&o 0 %a rerigeraci5n. % priero se presenta con una so%uci5n ás áci% 0 cop%eta respecto a %as á6uinas &ota&as &e ecanisos &e bie%a-ani/e%a2 pu&ién&ose obtener genera%ente un perecto e6ui%ibra&o &e to&as %as uerzas a%ternati/as 0 giratorias e&iante contrapesos. Básicaente2 e% &esba%ance es un prob%ea cu0o origen ra&ica en %a &istribuci5n no uniora &e %a asa &e% rotor2 %a cua% se tra&uce en un corriiento entre e% e4e centra% geoétrico &e% rotor2 6ue genera%ente coinci&e con e% e4e &e rotaci5n 0 e% centro &e asas &e% propio rotor. De anera 6ue2 %a correcci5n &e% &esba%ance se re&uce a a&icionar %ogran&o 6ue %a nue/a &istribuci5n genere uerzas &ináicas 6ue resu%ten en e6ui%ibrio
DESBALANCE #e &ice 6ue una pieza se encuentra &esba%ancea&a cuan&o su centro &e asa 7centro &e gra/e&a&8 no coinci&e con su centro geoétrico. sta con&ici5n es causa&a por una &istribuci5n &esigua% &e% peso &e% rotor a%re&e&or &e su centro geoétrico. !tra &einici5n es 6ue e% &esba%ance es %a con&ici5n 6ue e3iste en un rotor cuan&o uerzas &e /ibraci5n o o/iiento es iparti&a a sus co4inetes coo resu%ta&o &e %a uerza centriuga. % &esba%anceo ecánico es %a uente &e /ibraci5n ás co9n en sisteas con e%eentos rotati/os2 to&o rotor antiene un ni/e% &e &esba%anceo resi&ua%2 e% ,ec,o &e 6ue estos generen /ibraciones o no2 &epen&en básicaente &e 6ue estos operen &entro &e %as to%erancias &e ca%i&a& estab%eci&as en %as noras para %as caracter1sticas 0 /e%oci&a&es &e% rotor en cuesti5n. 3iste una gran canti&a& &e uentes &e% &esba%anceo ecánico en a6uinaria rotati/a2 %as ás counes son' *a%ta &e ,oogenei&a& en ateria%es2 especia%ente en un&iciones2 en %as cua%es %a presencia &e burbu4as &e aire es una causa co9n &e &esba%anceo2 • • • • • •
*%ec,as %e3iona&as rrores &e a6uina&o 0 to%erancias en e% proceso &e anuactura2 Cabio &e coponentes &e% rotor &urante operaciones &e anteniiento2 Desgaste irregu%ar &urante %a operaci5n &e %a á6uina2 Dep5sitos &e ateria% acuu%a&os &urante %a operaci5n &e %a á6uina2 Distorsi5n &e% rotor &ebi&a a gra&ientes &e teperatura
Un cierto gra&o &e &esba%ance en cua%6uier tipo &e á6uina rotati/a es ine/itab%e. Los &ise:a&ores &e á6uinas %as especiican con to%erancias &e &ise:o2 a6uina&o 0 ensab%a4e2 ta%es to%erancias pue&en pro&ucir a%g9n tipo &e &ese6ui%ibrio o &esba%ance.
Rotores rígidos (ue&en ser &eini&os coo a6ue%%os rotores 6ue sien&o ba%ancea&os en &os p%anos cua%es6uiera2 no cabiarán su coportaiento &ináico con e% increento &e /e%oci&a&2 a9n cuan&o estos a%cancen su á3ia /e%oci&a& &e operaci5n. % ba%anceo &e rotores r1gi&os en á6uinas &e ba4a /e%oci&a& ten&rá 6ue ser e4ecuta&o2 toan&o %a á3ia /e%oci&a& &e operaci5n &e estos2 coo reerencia para e% cá%cu%o &e% &esba%ance resi&ua%. ;a0 un tipo &e rotores 6ue una /ez e6ui%ibra&os2 en ba4as re/o%uciones2 presentan prob%eas cuan&o a%canzan su /e%oci&a& &e régien &e traba4o< estos rotores son %os 6ue %%aaos e%ásticos.
Rotores fexibes #on a6ue%%os 6ue no satisacen %a &einici5n &e %os rotores r1gi&os2 &ebi&o a 6ue tien&en a %e3ionarse ba4o %a acci5n &e %as uerzas &ináicas pro&uci&as por e% &esba%ance. Ta% coportaiento pue&e ser agra/a&o por %os cabios en teperatura 0 carga 6ue pue&an tener %ugar &urante %a operaci5n &e% rotor. n principio po&eos tener un rotor r1gi&o a ba4as re/o%uciones 0 sin ebargo2 cuan&o %o %anzaos a una gaa as a%ta &e re/o%uciones 0 &epen&ien&o &e su %ongitu&2 pier&e su carácter &e rotor r1gi&o 0 se con/ierte en un rotor e%ástico.
Toer!n"i!s en #n Desb!!n"eo % terino &esba%anceo se reiere a &os canti&a&es. La priera e% %1ite aceptab%e &e un rotor 0 es usua%ente %%aa&o &esba%ance perisib%e o aceptab%e. % segun&o es e% &esba%ance e3istente o
resi&ua% en un rotor. % &esba%ance perisib%e o aceptab%e pue&e ser &eterina&o por' 3periencia o ,istoria% sobre a6uinas sii%ares. n %a etapa &e &ise:o %a se%ecci5n &e ro&aientos. Noras segui&as en %a in&ustria coo %a I#! =>?@= o VDI @@. •
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(or 9%tio2 se &ebe resa%tar e% ,ec,o &e 6ue cuan&o un otor e%éctrico se encuentra &esba%ancea&o o &esa%inea&o2 &ebeos toar %os recau&os necesarios para iniizar %os esuerzos 6ue generan ca&a uno &e estas uerzas e3citatrices2 con e% 9nico in &e garantizar %a e4or coniabi%i&a& &e %a a6uina ba4o estu&io.
METODO PARA BALANCEO ESTATICO
% &isco &e %a igura. =2 cu0o &entro &e gra/e&a& &escansa a una &istancia eE &e% centro &e %a %ec,a /ibrara a %a /ez 6ue originara uerzas rotati/as 6ue &eberán transitirse a %os apo0os. La /ibraci5n 0 %as uerzas en %os apo0os pue&en e%iinarse a&4untan&o una pe6ue:a pesa en e% %a&o %igero &e% &isco2 &e anera 6ue &es%ice a% centro &e gra/e&a& + ,acién&o%o coinci&ir con e% centro &e% &isco F#F &e %a %ec,a. #i eE es %a e3centrici&a& origina%2 M %a asa &e% &isco 0 %a asa &e correcci5n ap%ica&as a una &istancia ra&ia% rE &e #E entonces.
% térino • • • • •
mr es
e% &ese6ui%ibrioE &e% &isco sue%e e&irse en'
Metros graos !nzas pu%ga&a +raos pu%ga&a Mi%1etros grao Mi%1etros i%igrao
Uni&a&es 6ue pue&en ser utuaente con/ertib%es. La &eterinaci5n &e %a posici5n &e %a correcci5n e un prob%ea 6ue pertenece a %a estática. (or e4ep%o2 %a %ec,a pue&e co%ocarse sobre &os rie%es ,orizonta%es 0 para%e%os2 a consecuencia %a parte pesa&a se &es%izará ,acia aba4o 0 e% peso &e correcci5n se co%ocara tentati/aente en %a parte superior &e% &isco. A continuaci5n se /a /arian&o %a agnitu& &e este peso ,asta 6ue e% &isco peranezca en e6ui%ibrio in&ierente2 es &ecir2 6ue no uestre ten&encia a%guna a &es%izarse in&epen&ienteente &e %a posici5n en 6ue &e co%o6ue. A in &e %%e/ar a un 1nio %os errores &e este proce&iiento. Los rie%es &eben ser construi&os &e un acero &uro. *ireente epotra&os en una gran asa &e concreto2 &e anera 6ue %a &eoraci5n por %a so%icitaci5n &e %a carga sea %o ás pe6ue:o posib%e. ste con4unto &e rie%es ,orizonta%es constitu0e %a a6uina ba%ancea&ora estática ás senci%%a 6ue se conoce. n %as a6uinas &on&e %a asa rotati/a tiene %a ora &e un &isco2 es &ecir2 6ue %a &iensi5n a %o %argo &e% e4e es pe6ue:a2 e% ba%anceo estático es e% 9nico ba%anceo necesario para garantizar una operaci5n si%enciosa a cua%6uier /e%oci&a&. "esu%ta u0 con/eniente 6ue se co%o6uen ro&aientos en %os e3treos &e %os e4es2 0 tabién en %os soportes &e %a a6uina as1 se e%iinaran %os errores &ebi&o a% rozaiento Aun6ue este es e% soporte &e una á6uina &e ba%anceo &ináico2 ,abr1a 6ue retirar %a ban&a para 6ue se con/ierta en una a6uina e%eenta% &e ba%anceo estático.
METODO PARA BALANCEO DINAMICO EN UN PLANO
Cuan&o se ,ab%a &e ba%ancear en un p%ano se está ,acien&o reerencia a %a acci5n &e eectuar %as correcciones en s5%o una cara &e% rotor. (ara %%e/ar a cabo e% ba%anceo en un p%ano se pue&en ep%ear &ierentes técnicas2 &e acuer&o con %a instruentaci5n &isponib%e. Ba%anceo en un p%ano sin e&ici5n &e ase' no siepre se &ispone &e un instruento para e&ir ase o por &eterina&as razones se ,ace iposib%e %a e&ici5n &e este paráetro2 resu%ta &e gran /a%or práctico po&er &isponer &e una técnica para ba%ancear sin contar con %a inoraci5n &e ase. De anera 6ue2 s5%o será necesario e&ir %a ap%itu& &e %as /ibraciones preerib%eente a %a recuencia &e rotaci5n. De igua% ora será necesario arcar en e% rotor %as posiciones =2 0 G a >@H entre s12 seg9n se i%ustra en %a igura =@.=. % éto&o consiste en rea%izar cuatro corri&as &e prueba. n %a priera &e e%%as se e&irá %a ap%itu& &e %as /ibraciones< es &ecir2 se toará %a %ectura origina% V @. (ara %a segun&a corri&a &e pruebas se i4ará una asa &e pruebas &e /a%or conoci&o M T en %a posici5n = 0 nue/aente se e&irá %a ap%itu& &e %as /ibraciones2 a,ora i&entiica&a coo V =. sta %ectura será proporciona% a% eecto &e %a acci5n con4unta &e% &esba%ance origina% ás e% pro/oca&o por %a asa &e pruebas ubica&a en %a posici5n 1.
*igura =@.= (roce&iiento para e% ba%anceo por cuatro corri&as
(osteriorente2 %a asa &e pruebas se o/erá &es&e %a posici5n 1 ,acia %a posici5n 2 2 conser/an&o igua% ra&io &e i4aci5n 6ue e% ep%ea&o para %a prueba anterior. Nue/aente se e&irá %a ap%itu& &e %as /ibraciones 0 %a %ectura V 2 será proporciona% a% eecto &e %a acci5n con4unta &e% &esba%ance origina% ás e% pro/oca&o por %a asa &e pruebas en %a posici5n 2 . De% trataiento /ectoria% &e estas agnitu&es e&i&as se po&rá obtener coo resu%ta&o %a ap%itu& &e %as /ibraciones V T pro/oca&as por e% eecto 9nico &e %a asa &e pruebas as1 coo e% ángu%o &e posici5n &e% &esba%ance origina% V o respecto &e %a posici5n 12 seg9n se uestra a continuaci5n.
V V = V T K
V o
@ K acosV V
=
?V V T @ A,ora e% prob%ea ra&ica en ana%izar en 6ué senti&o2 ,orario o anti,orario2 se &eberá recorrer @ para i&entiicar %a posici5n &e% &esba%ance origina%2 representa&o por V @. (ara e%%o será necesario e4ecutar %a cuarta prueba2 o/ien&o %a asa &e pruebas &es&e %a posici5n ,acia %a posici5n G. #eg9n %a nue/a %ectura V G se e/i&enciará en 6ué senti&o recorrer e% ángu%o @
2
Las %ecturas &e /ibraciones &ebi&as a prob%eas &e &esba%ance guar&an igua% proporci5n 6ue %as asas &esba%ancea&as 6ue %os pro/ocan por %o cua% se pue&e ca%cu%ar %a asa &e correcci5n M c a partir &e'
V @ M M C K
T
V T
4ep%o =@.? #e re6uiere ba%ancear un rotor 6ue presenta gran&es /ibraciones. #o%o se &ispone &e un e6uipo para %a e&ici5n &e %a /e%oci&a& &e %a /ibraci5n 0 no se &ispone &e ning9n instruento para %a e&ici5n &e ase. La e&ici5n inicia% &e %a /ibraci5n sin a&icionar contrapeso ue &e s2 seg9n %a nora I#! =@= se correspon&e con un ni/e% no perisib%e. (ara e% ba%anceo se &ispone &e una asa &e prueba &e @ g 0 se &ispone &e cuatro sitios ubica&os a >@ ca&a uno para e% ba%anceo. #e a&iciona %a asa &e
prueba en %a posici5n a @H 0 se i&e una /ibraci5n &e 2 s. (osteriorente se 6uita e% contrapeso &e prueba 0 se ubica en %a posici5n correspon&iente con =@H con %o 6ue se obtiene una /ibraci5n &e G?2O s. n %a cuarta corri&a2 se ubica e% contrapeso en %a posici5n O@H 0 se obtiene una /ibraci5n &e =G2 s. Ca%cu%e %os contrapesos 6ue se re6uieren a&icionar 0 su posici5n para ba%ancear e% rotor. De acuer&o con %as e&iciones rea%iza&as2 e% /a%or &e %a /ibraci5n &e %a priera e&ici5n sin a&icionar contrapesos es V @ K s. La e&ici5n con e% contrapeso a @H se correspon&e con %a ubicaci5n en =2 por %o 6ue se obtiene V = K 2 s2 0 %a &e =@H con %a posici5n 2 V K G?2O s. La 9%tia e&ici5n nos in&ica 6ue e% contrapeso se &ebe ubicar en %a parte inerior &e% rotor. % eecto &e% contrapeso se obtiene e&iante'
V T K
)
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*
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--- 134/ 2 --$ 0 10 2-0 -
K=s
acos =2OH
METODO PARA BALANCEO DINAMICO EN DOS PLANOS
Es t!5bi6n de7nido "o5o e desb!!n"e din85i"o. Es #n! s#5! 9e"tori! de desb!!n"e est8ti"o : desb!!n"e de !"o;!5iento. &!r! "orregir es ne"es!rio tener dos ;!nos de b!!n"eo : se re<#iere dos ;esos de "orre""i=n #no en "!d! ;!no en dos 8ng#os no re!"ion!dos. L! es;e"i7"!"i=n de desb!!n"e so!5ente es "o5;et! si se "ono"e e #g!r de e>e !xi! de ;!no de "orre""i=n. E desb!!n"e din85i"o o desb!!n"e en dos ;!nos es;e"i7"! todo e desb!!n"e <#e ;resent! #n! ;ie?! de tr!b!>o. Este ti;o de desb!!n"e ;#ede soo ser 5edido en #n b!!n"e!dor gir!torio e "#! dete"t! ! @#er?! "entrí@#g! debid! ! "o5;onente de !"o;o de desb!!n"e. E sig#iente dib#>o re;resent! #n e>e5;o de desb!!n"e din85i"o.
Es e9idente <#e e ;!no de re@eren"i! se ;#ede eegir !rbitr!ri!5ente : e siste5! de @#er?!s en e siste5! rot!ti9o ;#ede ser red#"ido ! #n siste5! de @#er?!s "on"#rrentes <#e !"t!n en e ;!no de re@eren"i! : #n siste5! de ;!res <#e !"t!n en 9!rios ;!nos !xi!es. L! @#er?! si no est8 b!!n"e!d! tiene #n! so! res#t!nte en e ;!no de re@eren"i! : os ;!res si no est8n b!!n"e!dos ;#eden ser red#"idos ! #n soo ;!r en e 5is5o ;!no !xi!. Sin e5b!rgo en gener! e siste5! de @#er?!s si no est8 b!!n"e!do ;#ede ser red#"ido ! #n! so! @#er?! : #n soo ;!r. L! 5!gnit#d de ;!r de;ender8 de ! ;osi"i=n <#e se es"o>! ;!r! e ;!no de re@eren"i!.
L#ego !s "ondi"iones de b!!n"e ;!r! 5!s!s rot!ndo en di@erentes ;!nos tr!ns9ers!es son !s sig#ientes =. E 9e"tor s#5! de tod!s !s @#er?!s "entrí@#g!s debe ser "ero. Esto es . E 9e"tor s#5! de os 5o5entos de tod!s !s @#er?!s "on res;e"to ! "#!<#ier ;!no
de re@eren"i! eegido !rbitr!ri!5ente debe ser "ero o se!
Conclusiones
% ba%anceo &e rotores 0 sisteas ecánicos rotantes es una ap%icaci5n coercia%2 &e %as ás iportantes2 &e %a teor1a &e /ibraciones2 pues to&o e6uipo rotati/o &eberá ser ba%ancea&o en abrica 0 en su %ugar &e ser/icio si traba4a a /e%oci&a&es &e rotaci5n superiores a @rp. n su p%anteaiento 0 reso%uci5n inter/ienen2 a&eás &e %as consi&eraciones técnicas a6ue%%as &e or&en econ5ico< &ebe aronizarse e% re6ueriiento &e ba%ancear un e6uipo con %a necesi&a& econ5ica &e no resentir proceso &e pro&ucci5n. Debe &iagnosticarse correctaente e% origen &e %as /ibraciones en %a a6uina rotati/a2 para tener seguri&a& 6ue este es e% ba%anceo 0 no otra &e sus posib%es causas2 antes &e intentar una operaci5n &e ba%anceo. Caso contrario2 e% esuerzo 0 e% tiepo &e&ica&os &urante una operaci5n &e ba%anceo para intentar corregir /ibraciones 6ue reconocen otro origen2 serán estéri%es2 pues no se %ograra una so%uci5n. Los gran&es e6uipos rotatorios &eberán ser ba%ancea&os en su %oca%izaci5n -ba%anceo in situE-2 sobre sus propios co4inetes 0 a su /e%oci&a& &e rotaci5n2 para tener en cuenta to&a in%uencia ecánica estructura% 0 térica 6ue aecta su uncionaiento. (ara a6ue%%os rotores %argos 6ue re6uieren ba%anceo in situE 0 en2 a% enos2 &os p%anos &e correcci5n2 e% éto&o &e T,ear%e pro/ee una técnica &e ba%anceo eicaz. No re6uiere si no instruentos &e e&ici5n re%ati/aente senci%%a 0 opera&ores e&ianaente capacita&os para su ap%icaci5n. Tiene %a /enta4a &e basarse en &atos &e ap%itu& 0 ase representati/os &e% &esba%anceo origina% 0 &e %os eectos causa&os en e% uncionaiento &e% e6uipo con %a /isi5n &e pesos testigos en %os p%anos &e correcci5n. stos &atos conoran agnitu&es asoira%es. n s1ntesis2 %os ingenieros &e anteniiento cuentan en e% éto&o &e T,ear%2 con una ,erraienta rápi&a2 senci%%a 0 eicaz a %a ,ora &e reso%/er prob%eas &e /ibraciones2 cu0o origen sea e% &esba%anceo &e asas2 ap%icab%e a rotores %argos 0 en su %ugar &e ser/icio. %%o re&un&a en operaciones 6ue &ean&a una cuota &e esuerzo 0 tiepo copatib%es con %as
necesi&a&es econ5icas &e %a pro&ucci5n2 %o 6ue re&u&n&a en re&ucir %os costos &e anteniiento 0 &e operaci5n &e %os e6uipos.
BIBLIOGRAFIA
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