EL DESBALANCE es una de las fuerzas que más causan problemas en los rotores y por consecuencia en las máquinas rotativas. Si una máquina no está correctamente balanceada, generalmente presenta altos niveles de vibración, ruido y desgaste que son evidentes. El desequil desequilibri ibrio o o desbalanc desbalance e es tal vez la causa más común de vibración mecánica. Este tipo de vibración es el efecto producido por exceso de concentración de masa en un rotor, incrementando con esto fuerz fuerza a ce cent ntrí rífu fuga ga que que es dire direct ctam ament ente e prop propor orci cion onal al al cuad cuadra rado do de velocidad de giro dando como resultado un aumento de vibración.
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El desbalance se dene como! " #a distribución desigual de peso de un rotor sobre su línea central rotativa. " #a condición que existe en un rotor cuando la fuerza o el movimiento de vibración se transmite a sus co$inetes a causa de las fuerzas centrifugas.
PALABRAS CLAVES •
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CENTRO DE ROTACIÓN Es el verdadero %entro &eom'trico de un rotor, en el balanceo se reere exclusivamente al centro de un e$e que gira a una velocidad angular determinada. CENTRO DE GRAVEDAD Es el punto del cuerpo donde se concentra el valor de todas sus masas. conoce tambi'n tambi'n como E$e E$e de (otaci (otación. ón. Este Este EJE GEO!TRICO Se conoce e$e de rotación rotación es determinado determinado ya sea por la supercie supercie sustentadora sustentadora rotatoria, la cual existe en la pieza de traba$o, o por la supercie de montado. )na adecuada supercie de montado establece el centro de rotación en el plano del centro de masa *el punto en el cual el centro de masa está localizado+. parte no tiene forma EJE DE DE PRINCIP PRINCIPAL AL DE DE INERCIA %uando una parte de disco y tiene longitud a trav's del e$e de rotación, 'sta gira en el espacio libre sobre una línea. Esta línea es llamada e$e principal de
inercia-, el centro de masa es un punto sobre esta línea. %uando el e$e principal de inercia coincide con el e$e de rotación, la parte girará sin fuerzas de desbalance. "#ER$AS CENTRI"#GAS Es la fuerza que causa la vibración debido al desbalance. El desbalance existe en un motor ya sea que este girando o quieto. Sin embargo la fuerza centrífuga solo se genera cuando el rotor comienza a girar. #a rotación es el fenómeno físico que genera la fuerza centrífuga.
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NORA ISO PARA EVAL#AR LA CALIDAD DE DESBALANCE #a gura siguiente nos introduce dentro de las normas para evaluar si una pieza o componente de máquina se encuentra balanceada *equilibrada+ adecuadamente. #a norma comúnmente utilizada para evaluar la severidad del desbalance es la S/ 0123. 4rimeramente, tenemos que recalcar que toda pieza rotatoria, aun cuando 5aya sido confeccionada guardando el mayor cuidado, siempre presenta desbalance. Este desbalance residual, dependiendo del tipo de pieza, de su peso y de su velocidad, debe ser menor al desbalance máximo $ado por la norma. #a norma clasica las piezas rotatorias según sus aplicaciones, así por e$emplo! &623! Es la norma válida para llantas de automóvil %ig7e8ales de motores de cuatro tiempos con 9 o más cilindros
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&609! E$es de cardanes 4artes de maquinaria agrícola %omponentes individuales de máquinas *gasolina o di'sel+ para carros %amiones y locomotoras %ig7e8ales de máquinas con seis o más cilindros ba$o condiciones especiales
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& 9.:! 4artes de maquinaria de proceso Engrana$es de turbinas de uso marino
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& ;.
%omponentes de turbinas a gas o vapor (otores de turbo6generadores =urbo6compresores >áquinas 5erramientas
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4eque8as armaduras el'ctricas =urbo6bombas
& 0! • •
=ocadiscos y fonógrafos ?rmaduras el'ctricas peque8as con requerimientos especiales
CA#SAS DEL DESBALANCE anu%ac&ura I'(er%ec&a )Princi(al Causa* • • •
Errores de dise8o n5omogeneidad del material @orma, a$ustes y variaciones en el ensambla$e
Ca'bios en la O(eraci+n •
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?cciones en el mantenimiento que afectan la distribución de las masas Aistorsiones *Es cuando cambia la forma del rotor alterando su equilibrio inicial.+ %orrosión y erosión ?cumulación de depósitos
O&ras Causas enores • • • •
4orosidad, especialmente en fundición ?simetría en la rotación de las partes >ovimiento relativo de las partes Aistorsión debido a la rela$ación por tensiones residuales
Causas " #os rotores de fundición tendrán sopladuras o agu$eros ocasionados por dic5o proceso. El vacío que se forma puede ser la causa de un desequilibrio importante. " #a acumulación de tolerancias al efectuarse el ensamble de una máquina. " #a mayoría de los rotores debido al material que mane$an son susceptibles a la corrosión, abrasión y desgaste. " Si la corrosión y el desgaste no ocurren uniformemente, se producirá desequilibrio. " #os rotores se pueden desequilibrar a causa de una acumulación desigual de depósitos *polvo, cal, sílice, etc.+ en el rotor. /casiona problemas de desequilibrio cuando las partículas de sedimento se comienzan a desprenderse. 4or la misma vibración del rotor origina más desprendimiento de partículas originando un grave problema de desequilibrio.
" #as causas anteriores pueden ocurrir en un rotor en grado mayor o menor. 4eroB la suma vectorial de todo el desequilibrio se considera como una concentración en sitio llamado el punto pesado-.
TIPOS DE DESE,#ILIBRIOS %ada tipo de desequilibrio se dene por la relación que guardan entre si el e$e principal y la línea central rotatoria de la máquina. Según el tipo de desequilibrio que presente un rotor, se 5ará necesario realizar el equilibrado en uno, dos o más planos de corrección.
Desequilibrio es&-&ico Es la condición de desequilibrio que se produce al quedar desplazado el e$e central principal en paralelo con la línea central rotatoria. Se detecta cuando las amplitudes y sus fases son iguales. 4uede corregirse en uno o dos planos. Este desbalanceo se corrige con un contrapeso opuesto al peso sobrante. El desbalanceo estático se aprecia en piezas de diámetro muc5o mayor que el largo *discos+, como por e$emplo 5'lices, volantes etc. 4ero ocasionalmente en cilindros de diámetro comparable con el largo. Si montamos una pieza muy desbalanceada sobre apoyos que ofrezcan muy poca resistencia a la rotación, el rotor se moverá por acción de la gravedad y quedará con el peso sobrante 5acia aba$o. =ambi'n se puede decir que es aquel que podemos encontrar colocando el rotor en unas paralelas y de$ándolo que gire por sí mismo 5asta que separa. #a parte más pesada del con$unto del rotor quedará en la parte ba$a y la menos pesada en la parte alta del rotor.
Es(ec&ro El espectro presenta vibración dominante con una frecuencia igual a 0 C (4> del rotor. Correcci+n 4ara corregir el desbalance estático se requiere solo una masa de corrección. Este tipo de desbalance es un vector, y por eso, debe ser corregido con un peso conocido en un ángulo particular. @uerza de desbalance es otro nombre para el desbalance estático. Desequilibrio cuasi.es&-&ico Es la condición en la que el e$e central principal cruza la línea central rotacional, pero no en el centro de gravedad del rotor. Se puede considerar como una combinación del desequilibrio estático y por par de fuerzas en que el desequilibrio estático se 5alle directamente alineado con uno de los momentos de par. Se detecta! las fases variarán unos 0D3, pero la amplitud de vibración será más elevada en un extremo del rotor que en otro. 4uede corregirse a lo menos en dos planos.
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Es(ec&ro #as fases variarán unos 0D3, pero la amplitud de vibración será más elevada en un extremo del rotor que en otro. Correcci+n 4uede corregirse a lo menos en dos planos.
Desequilibrio din-'ico Es el tipo más común, y se dene como un desequilibrio en que el e$e central principal y la línea central rotatoria no se coinciden ni se tocan. El e$e central principal esta al mismo tiempo inclinado y desplazado de la línea central rotatoria. Se detecta! ?mplitudes diferentesB fases ni iguales, ni opuestas. 4uede corregirse a lo menos en dos planos.
O&ro conce(&o de desbalance din-'ico Este es el caso más frecuente y general de desbalanceo y provoca que el e$e principal de inercia de una pieza desbalanceada no sea paralelo al e$e de rotación y no pase por el centro de gravedad de la pieza. En este caso solo se puede balancear colocando dos contrapesos en dos planos perpendiculares al e$e de rotación y con posiciones angulares distintas. Es aquel que aparece cuando el rotor está en rotación, es decir que no podríamos detectarlo en unas paralelas como el estático y para ello es imprescindible colocar el rotor en una máquina equilibradora o bien realizar la medición funcionando Fin situF.
Es(ec&ro El espectro presenta vibración dominante y vaiv'n simultáneo a frecuencia igual a 0 C (4> del rotor. Correcci+n 4ara corregir el desbalanceo dinámico es necesario 5acer mediciones de vibración mientras el rotor está traba$ando y 5acer correcciones en dos planos. Ro&or col/ado /curre en rotores que se encuentran en el extremo de un e$e. Es producido por desgaste en la supercie del rotor y doblamiento del e$e. #os rotores colgados a menudo sufren tanto de un desequilibrio de potencia como de acoplamiento, irregularidades que quieren corregirse.
Es(ec&ro El espectro presenta vibración dominante. El desequilibrio de rotor colgante ocasiona 0x (4> altas en dirección axial y radial. #as lecturas axiales tienden a estar en fase, en tanto que las lecturas de fase radiales pueden que est'n inestables. Correcci+n
4ara corregir la falla, primero debe vericarse que el rotor no tenga excentricidad ni que el e$e est' doblado. #uego debe realizarse el balanceo adecuado.
,#E ES EL BALANCEO El balanceo es la t'cnica de corregir o eliminar fuerzas o momentos generadores de perturbaciones vibratorias. #os esfuerzos sobre el bastidor de un mecanismo, o sobre los soportes pueden variar de manera signicativa durante un ciclo completo de operación y provocar vibraciones que a veces pueden alcanzar amplitudes peligrosas. ncluso aunque no lo fueran, las vibraciones someten a los co$inetes a cargas repetidas que provocan el fallo por fatiga de las piezas. Se 5ace entonces preciso eliminar o reducir las fuerzas de inercia que producen estas vibraciones.
COO CORREGIR EL DESBALANCE Se elimina una cantidad de peso en la posición directa o se compensa colocando un peso equivalente en la posición directamente opuesta al punto pesado. El mantener el desbalanceo dentro de tolerancia permitirá! •
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Evitar falla por fatiga en estructuras y elementos asociadas al elemento rotatorio ncrementar la vida útil del sistema rotatorio yGo máquina 4revenir cargas excesivas en rodamientos debido a sobrecargas.
0POR,#E ES CONVENIENTE BALANCEAR1 #a razón principal es para AS>H)( #? IJ(?%KH lo cual se traduce en! • • • • • •
Aisminución del ruido ncremento de la vida útil de los co$inetes Aisminución de las tensiones de operación >enor consumo de energía *: al
