Balanceo Dinamico de Rotores

Preparado por Ing. José Luis Iporre Analista en Vibraciones Nivel II

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Definición “El se debe a que el centro de rotación no coincide con el centro de gravedad”

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El

dinámico

Es el arte de compensar y redistribuir masas, por el efecto producido por descompensación de las masas producidos por errores en la fabricación o el maquinado en máquinas rotativas”

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Centro de Rotación Es el verdadero centro geométrico de un rotor, en el balanceo se refiere exclusivamente al centro de un eje que gira a una velocidad angular determinada. Teniendo especial cuidado a la hora de balancear, en que si existe soltura mecánica en los rodamientos o cojinetes pueden perjudicar de manera significativa al trabajo de balanceo

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Centro de Gravedad Es el centro en que se concentran la sumatoria de las masas descompensadas, que normalmente no coincide con el centro geométrico de rotación

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Fuerza Centrífuga

Es el resultado del momento producido por la masa desbalanceada cuando gira a una velocidad angular determinada, pivotada en el centro de gravedad

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Concepto Matemático

Desbalance

U=mxr Donde m = masa desbalanceada r = distancia de la masa que causa el desbalance

Fuerza Centrífuga

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Normalmente son varios defectos asociados al desbalance que producen mas de una fuerza centrífuga y que estas se tienen que sumar, encontrando una resultante que signifique el total de las masas descompensadas

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Tipos de desbalance

Desbalance Estático

Desbalance Copla o Par

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Desbalance Par Es el desbalance en un solo plano de acción y corrección. Siendo que los centros de gravedad y geométrico solamente se cruzan en dos dimensiones

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Desbalance Dinámico Es desbalance que ocurre en mas de un plano, siendo que los ejes geométrico y de gravedad no están desfasados tridimensionalmente

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Fase Es la diferencia de ángulos que existen entre las masas que producen el desbalance

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Tipos de Desbalance

Desbalanceo Estático

Desbalanceo Par

Desbalanceo Cuasi-estático

Un plano

Cuatro corridas

Rotor Rígido Dos o mas planos

Balanceo de Rotores

Método modal Rotor Flexible

Método Vectorial con fase

Coeficiente de Influencia Método integrado

Método Vectorial Método estático par

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Como se decide para balancear estática o dinámicamente?

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La metodología que mayor predominio tiene en la industrial internacional es el balanceo estático, siendo que es mas práctico y rápido en su resolución

27% Estático Dinámico 73%

Siendo que la metodología mas apropiada es el balanceo dinámico

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Causas del desbalance en rotores 

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La metodología para balancear rotores: 1. Se identifica el nivel de vibración a 1xrpm y se evalúa dicho nivel en los planos radiales, evidenciando que se trata efectivamente de desbalance. 

Desbalance original

La metodología para balancear rotores: 2. Se genera una desviación de “punto pesado que está generando el desbalance, colocando un peso de prueba, generando de esta forma un segundo vector. •

Desbalance provocado

La metodología para balancear rotores: 3. Se obtiene el vector resultante que llegaría a ser la descompensación total de masa original y provocada, de manera que se puede cuantificar la amplitud y dirección del vector denominado “desbalance” •

Desbalance cuantificado Se relaciona amplitud con masa: Vr = Vo + Vp Mr = Mo + Mp Fase de la misma forma acompaña al análisis vectorial.

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ISO 1940/1 Se base en la ecuación :

Donde : r = radio de masa que genera el desbalance (m) w= velocidad angular (rad/s) m= cantidad de masa (Kg) F= Fuerza centrífuga (N) U = m*r = cantidad de desbalance (Kg*m) Cantidad de Desbalance = Fuerza centrífuga / Rigidez dinámica

Ulim > Uexiste → Calidad dentro de tolerancia Ulim < Uexiste → Calidad fuera de tolerancia Desbalance Permisible

Historia y/o Experiencia

Fuerzas en Rodamientos

Estándar ISO 1940/1

Grado Permisible de acuerdo al tipo de máquina – ISO 1940/1 Calidad Del Balanceo

TIPO DE ROTOR

G4000

Cigüeñales de motores (diesel) marítimos de bajas revoluciones, montados sobre soportes rígidos y con un número de cilindros impar.

G1600

Cigüeñales de motores de dos tiempos montados sobre soportes rígidos.

G630

Cigüeñales de motores de cuatro tiempos montados sobre soportes rígidos. Cigüeñales de motores (diesel) marítimos montados sobre soportes elásticos.

G250

Cigüeñales de motores (diesel) de cuatro cilindros y de alta velocidad, montados sobresoportes rígidos.

G100

Cigüeñales de motores (diesel) de seis o más cilindros y de alta velocidad. Cigüeñales de motores de combustión interna (gasolina, diesel) para carros y ferrocarriles.

G40

Ruedas y llantas de carros. Cigüeñales de motores de cuatro tiempos de alta velocidad (gasolina, diesel) sobre soportes elásticos y con seis o más cilindros.

G16

Ejes de propelas, ejes de transmisiones cardánicas. Elementos de máquinas agrícolas. Componentes individuales de motores (gasolina, diesel) para carros y ferrocarriles. Cigüeñales de motores de seis o más cilindros bajo requerimientos especiales.

G6.3

Elementos de máquinas procesadoras en general. Engranajes para turbinas de uso marítimo. Rodillos para máquinas papeleras. Ventiladores. Rotores de turbinas para la aviación. Impelentes para bombas. Máquinas herramienta. Rotores de motores eléctricos.

G2.5

Turbinas de gas y de vapor. Rotores rígidos para turbogeneradores. Discos para computadoras. Turbocompresores. Bombas operadas por turbinas.

G1

Grabadoras de cinta magnética y tocadiscos convencionales. Máquinas trituradoras.

G0.4

Discos compactos, brocas, barrenas. Giróscopos.

Patrón Vibracional del Desbalance

El desbalance genera una onda pura sinusoidal, por igualarse a la frecuencia fundamental de rotación. Síntomas: Vibración Radial @ 1x rpm dominante Vibración axial con niveles muy bajos, de otra forma se debe resolver o determinar si hay otro problema Forma de onda sinusoidal casi perfecta.  

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L a forma de onda nos muestra claramente que existe una sola fuerza que es causante del nivel global de vibración, que es el desbalance de masa

1. 2. 3.

El equipo de balanceo dinámico está compuesto por uno a mas sensores (aceleración o velocidad) Una fotocélula infrarroja o llamado también tacómetro infrarrojo Un analizador de vibraciones con un software que haga el cálculo interno por los métodos mencionados.

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Balanceo de un rodete de un VTI en planta Viacha – Soboce S.A. Potencia 1250 Kw

Problema: Desbalance del rodete del ventilador por fatiga de un sector de los álabes y encostramiento (pegadura de material en discos y álabes)

Espectro y Forma de Onda Real del ventilador de la foto

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Análisis Orbital

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Contrapesos colocados en el balanceo

Espectro y forma de onda después de balancear dinámicamente

Análisis Orbital