Comprensión del balanceo en campo (balanceo in situ)
Balanceo en campo, también conocido como balanceo in situ, es el proceso de corregir el desbalance de un rotor mientras gira en sus propios rodamientos y estructura de soporte, a una velocidad de operación normal o cercana a ella. A diferencia del balanceo en taller, donde el rotor se retira y se monta en un máquina de balanceo, el balanceo en campo se realiza en el sitio con la máquina completamente ensamblada. Es la forma práctica y cotidiana de balanceo de rotores para los equipos de mantenimiento y confiabilidad, porque corrige la máquina tal como realmente funciona.
1. Definición: ¿Qué es el balanceo en campo?
El proceso suele utilizar un analizador de vibraciones para medir la amplitud y fase de la vibración a 1× (velocidad de funcionamiento), colocar un peso de prueba de masa conocida, volver a medir la nueva respuesta de vibración y luego calcular la peso de corrección y su colocación angular. Como el rotor permanece en sus propios rodamientos, el resultado refleja el estado real de funcionamiento de la máquina en lugar de una condición idealizada en un banco de balanceo.
Una referencia de fase es indispensable: el analizador debe conocer donde en qué posición angular se encuentra el eje en cada instante para convertir un pico de vibración en un ángulo de punto pesado. Esa referencia proviene de un tacómetro que genera un disparo por cada revolución, generalmente a partir de una tira de cinta reflectante.
2. ¿Por qué es necesario el balanceo en campo?
Si bien el balanceo en taller es altamente preciso, no puede tener en cuenta cada factor que influye en el balanceo de una máquina en su entorno operativo. El balanceo en campo es necesario cuando el desbalance es causado por — o solo puede corregirse considerando — la máquina completa ensamblada. Las razones comunes incluyen:
- Desbalance de ensamblaje: el desbalance final de una máquina es la suma del desbalance de todos sus componentes giratorios (impulsor, eje, acoplamiento, polea, chavetas y elementos de fijación). El balanceo en campo corrige el desbalance de todo el ensamblaje de una sola vez, incluidos los pequeños desplazamientos introducidos cuando la máquina se volvió a ensamblar.
- Efectos operativos: el desbalance puede surgir de condiciones que solo aparecen durante el funcionamiento normal, como la distorsión térmica del rotor, fuerzas aerodinámicas, o fuerzas hidráulicas. Estas no se pueden replicar en una máquina de balanceo de taller.
- Acumulación de material o desgaste: en ventiladores, sopladores y centrífugas, la acumulación desigual de producto o el desgaste desigual desgaste provoca que se desarrolle un desbalance con el tiempo. El balanceo en campo es la única forma práctica de corregir esto sin una reparación mayor completa.
- Impracticidad del retiro: para máquinas muy grandes, como ventiladores industriales grandes y generadores de turbinas, retirar el rotor para el balanceo en taller es extremadamente costoso y consume mucho tiempo. El balanceo en campo es una solución mucho más económica y rápida, y es la base de los criterios in situ en ISO 21940-13.
3. El proceso de balanceo en campo (método de coeficientes de influencia)
El método más común para el balanceo en campo es el método de coeficientes de influencia, que sigue una secuencia lógica y repetible:
- Ejecución inicial: la máquina se hace funcionar a su velocidad de operación normal y se mide y registra la amplitud y fase iniciales de la vibración a 1×, es decir, el desbalance inicial vector — se miden y registran.
- Colocación del peso de prueba: la máquina se detiene y se fija de manera segura un peso de prueba de masa conocida en el rotor en una posición angular conocida.
- Ejecución de prueba: la máquina se hace funcionar nuevamente a la misma velocidad. Se mide y registra la nueva amplitud y fase de vibración (el vector de respuesta).
- Cálculo: el cambio en el vector de vibración causado por el peso de prueba arroja un coeficiente de influencia, que describe cuánto cambia la vibración en el punto de medición para un desbalance dado en la ubicación de corrección. El analizador combina este coeficiente con el vector inicial, utilizando suma vectorial , para calcular la masa y el ángulo exactos de la corrección requerida.
- Colocación del peso de corrección: la máquina se detiene, se retira el peso de prueba y se fija de manera permanente el peso de corrección calculado en el ángulo especificado.
- Ejecución de verificación: la máquina se hace funcionar una vez más para confirmar que la vibración ha disminuido a un nivel aceptable, según normas como ISO 20816-1, y que el desbalance residual se encuentra dentro de la tolerancia elegida.
Los rotores simples se manejan con balanceo en un solo plano; los rotores más largos que presentan un componente de par requieren balanceo dinámico (en dos planos). Un calculadora de pesos de prueba ayuda a elegir una masa inicial segura y efectiva para la primera ejecución de prueba.
4. Balanceo en campo en la práctica con un analizador portátil
En el campo, todo el ciclo anterior se ejecuta con un solo instrumento portátil en lugar de un banco de balanceo. Un analizador portátil de dos canales, como el Balanset-1A mide la amplitud y fase a 1× en cada rodamiento, calcula los coeficientes de influencia automáticamente y guía las correcciones de un plano y de dos planos; luego verifica el desbalance residual contra ISO 21940-11 grados de calidad de balanceo. Al trabajar en los propios rodamientos de la máquina a la velocidad de operación, captura el estado real de funcionamiento, incluidos los efectos de ensamblaje, térmicos y aerodinámicos, que una máquina de taller simplemente no puede reproducir. El tacómetro láser óptico suministrado proporciona la referencia de fase una vez por revolución a partir de una pequeña pieza de cinta reflectante, por lo que no se necesita ninguna preparación del eje más allá de una tira de cinta.
5. Consideraciones y medidas de seguridad clave
El balanceo en campo requiere habilidad y una planificación cuidadosa. Como se establece en normas como ISO 21940-13, la seguridad es primordial.
- Seguridad: los pesos de prueba y de corrección deben fijarse con suficiente firmeza para soportar la fuerza centrífuga a la velocidad de operación, y el acceso a la máquina debe controlarse mientras está en marcha.
- Requisitos previos: antes del balanceo, descarten otras causas de alta vibración a 1× — desalineación, resonancia, a eje curvado, o holgura mecánica — porque el balanceo no puede corregir un problema que no sea realmente desbalance.
- Instrumentación: el trabajo requiere un analizador capaz de medir amplitud y fase, más un sensor de referencia de fase (tacómetro). Las mediciones repetibles dependen de un montaje consistente del sensor y de una señal de tacómetro limpia y confiable.
- Estabilidad de velocidad: la máquina debe mantener una velocidad constante durante cada ciclo; una velocidad inestable corrompe los datos de fase en los que se basa todo el cálculo.
