Comprensión del método de tres carreras en el balanceo de rotores
El método de tres pasos es el procedimiento más utilizado para balanceo dinámico (en dos planos). Determina el pesos de corrección necesario en dos planos de corrección utilizando exactamente tres carreras de medición: una carrera inicial para establecer el valor de referencia desbalance condición, seguida de dos peso de prueba pasadas: una por cada plano. Tres pasadas son el mínimo teórico que aún describe completamente un sistema de dos planos, razón por la cual este método se ha convertido en el predeterminado para el trabajo en campo.
Logra un excelente equilibrio entre precisión y eficiencia, requiriendo menos arranques y paradas de la máquina que el método de cuatro pasos mientras recopila suficientes datos para calcular correcciones efectivas para la gran mayoría de las balanceo tareas industriales.
1. El procedimiento de tres pasadas, paso a paso
El procedimiento sigue una secuencia directa y sistemática. En cada pasada, la vibración se captura como un vector, tanto amplitud como fase, en cada uno de los dos rodamientos, porque se necesitan ambas piezas de información para localizar, no solo dimensionar, el desbalance.
Pasada 1: Medición inicial de referencia
La máquina gira a su velocidad de balanceo en su condición desbalanceada, tal como se encontró. Vibración se mide en ambas ubicaciones de rodamiento (Rodamiento 1 y Rodamiento 2), registrando amplitud y ángulo de fase. Estos representan los vectores de vibración producidos por la distribución original del desbalance.
- Medir en el Rodamiento 1: amplitud A₁, fase θ₁
- Medir en el Rodamiento 2: amplitud A₂, fase θ₂
- Propósito: establece la condición de referencia (O₁ y O₂) que debe corregirse
Pasada 2: Peso de prueba en el Plano de corrección 1
La máquina se detiene y se instala temporalmente un peso de prueba conocido (T₁) en una posición angular marcada con precisión en el primer plano (típicamente cerca del Rodamiento 1). La máquina se reinicia a la misma velocidad y se mide la vibración nuevamente en ambos rodamientos.
- Agregar: peso de prueba T₁ en el ángulo α₁ en el Plano 1
- Medir en el Rodamiento 1: nuevo vector (O₁ + efecto de T₁)
- Medir en el Rodamiento 2: nuevo vector (O₂ + efecto de T₁)
- Propósito: revela cómo un peso en el Plano 1 afecta la vibración en ambos rodamientos
El instrumento calcula el coeficientes de influencia para el Plano 1 restando vectorialmente las lecturas iniciales de estas nuevas.
Pasada 3: Peso de prueba en el Plano de corrección 2
Se retira el primer peso de prueba y se coloca un segundo peso de prueba (T₂) en una posición marcada en el segundo plano (típicamente cerca del Rodamiento 2). Una pasada adicional vuelve a registrar la vibración en ambos rodamientos.
- Retirar: peso de prueba T₁ del Plano 1
- Agregar: peso de prueba T₂ en el ángulo α₂ en el Plano 2
- Medir en el Rodamiento 1: nuevo vector (O₁ + efecto de T₂)
- Medir en el Rodamiento 2: nuevo vector (O₂ + efecto de T₂)
- Propósito: revela cómo un peso en el Plano 2 afecta la vibración en ambos rodamientos
El instrumento ahora cuenta con un conjunto completo de cuatro coeficientes de influencia que describen cómo cada plano afecta a cada rodamiento.
2. Cálculo de los pesos de corrección
Con las tres pasadas completadas, el software de balanceo realiza matemáticas vectoriales para resolver los pesos de corrección.
La matriz de coeficientes de influencia
A partir de las tres pasadas, se determinan cuatro coeficientes:
- α₁₁: cómo el Plano 1 afecta al Rodamiento 1 (efecto primario)
- α₁₂: cómo el Plano 2 afecta al Rodamiento 1 (acoplamiento cruzado)
- α₂₁: cómo el Plano 1 afecta al Rodamiento 2 (acoplamiento cruzado)
- α₂₂: cómo el Plano 2 afecta al Rodamiento 2 (efecto primario)
Resolución del sistema
El instrumento resuelve dos ecuaciones vectoriales simultáneas para W₁ (corrección para el Plano 1) y W₂ (corrección para el Plano 2):
- α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = −O₁ (para cancelar la vibración en el Rodamiento 1)
- α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = −O₂ (para cancelar la vibración en el Rodamiento 2)
La solución proporciona tanto la masa como la posición angular requerida para cada peso de corrección. Cuando el ángulo calculado cae sobre una obstrucción o entre asientos fijos de álabes, la respuesta puede redistribuirse en posiciones accesibles utilizando reparto de corrección.
Pasos finales
- Retire ambos pesos de prueba.
- Instale los pesos de corrección permanentes calculados en ambos planos.
- Realice una pasada de verificación para confirmar que la vibración ha disminuido a niveles aceptables.
- Si es necesario, realice un balanceo de ajuste para ajustar el resultado.
3. Ventajas del método de tres pasadas
Varias fortalezas han convertido a las tres corridas en el estándar de la industria para trabajos en dos planos.
Eficiencia óptima
Tres corridas son el mínimo necesario para establecer cuatro coeficientes de influencia: un valor de referencia más una corrida de prueba por plano. Esto minimiza el tiempo de inactividad mientras se caracteriza todo el sistema.
Fiabilidad comprobada
Décadas de experiencia en campo demuestran que tres corridas proporcionan datos suficientes para un balanceo confiable en la gran mayoría de las máquinas industriales.
Ahorro de tiempo y costos
En comparación con el método de cuatro corridas, eliminar una corrida de prueba reduce el tiempo de balanceo aproximadamente un 20%, lo que se traduce directamente en menos tiempo de inactividad y menor costo de mano de obra.
Ejecución más sencilla
Menos corridas significan menos manipulación de pesos de prueba, menos posibilidades de error y una gestión de datos más sencilla.
Adecuada para la mayoría de las aplicaciones
Para maquinaria típica con acoplamiento cruzado moderado y tolerancias de balanceo, tres corridas entregan resultados exitosos de manera consistente.
4. Cuándo usar el método de tres corridas
El método de tres corridas es adecuado para:
- Balanceo industrial rutinario: motores, ventiladores, bombas, sopladores: la mayor parte del equipo rotativo.
- Requisitos de precisión moderados: grados de calidad de balanceo desde G 2.5 hasta G 16, definidos bajo la norma moderna ISO 21940-11 (que reemplazó a la ya conocida ISO 1940-1).
- Aplicaciones de balanceo en campo: balanceo in situ donde minimizar el tiempo de inactividad es importante.
- Sistemas mecánicos estables: equipo en buen estado con respuesta lineal.
- Geometrías estándar de rotor: rotores rígidos con relación longitud-diámetro típica.
5. Limitaciones y cuándo no usarlo
Tres corridas pueden resultar insuficientes en ciertos casos.
Cuándo se prefiere el método de cuatro corridas
- Alta precisión: tolerancias muy ajustadas (G 0.4 a G 1.0) donde la verificación adicional de linealidad de una cuarta corrida es valiosa.
- Acoplamiento cruzado fuerte: planos muy cercanos entre sí, o rigidez.
- Características del sistema desconocidas: balanceo inicial de equipos inusuales o personalizados.
- Maquinaria problemática: equipo que muestra signos de comportamiento no lineal o fallas mecánicas.
Cuándo podría bastar un solo plano
- Rotores estrechos tipo disco donde el desbalance dinámico es mínimo.
- Casos donde solo una ubicación de rodamiento muestra vibración significativa.
6. Comparación con otros métodos
Método de tres corridas frente al de cuatro corridas
| Aspecto | Tres Corridas | Cuatro Corridas |
|---|---|---|
| Número de pruebas | 3 (inicial + 2 pruebas) | 4 (inicial + 2 pruebas + combinada) |
| Tiempo requerido | Más corto | ~20 % más largo |
| Verificación de linealidad | No | Sí (la ejecución 4 verifica) |
| Aplicaciones típicas | Trabajo industrial rutinario | Equipos críticos de alta precisión |
| Precisión | Bueno | Excelente |
| Complejidad | Menor | Mayor |
Método de tres corridas frente al de un solo plano
El método de tres ejecuciones es fundamentalmente diferente del balanceo en un solo plano, que utiliza solo dos pasadas (inicial más una de prueba) pero solo puede corregir un plano y no puede abordar desbalance de par. Siempre que un rotor sea lo suficientemente largo como para que sus dos extremos puedan soportar desbalance de forma independiente, se requiere trabajo en dos planos y, por lo tanto, el método de tres corridas.
7. Mejores prácticas para el éxito
Selección del peso de prueba
- Elija pesos de prueba que produzcan un cambio del 25–50 % en la amplitud de vibración.
- Demasiado pequeño: mala relación señal-ruido y errores de cálculo.
- Demasiado grande: riesgo de respuesta no lineal o niveles de vibración inseguros.
- Use tamaños similares en ambos planos para una calidad de medición consistente. Un calculadora de peso de prueba proporciona una primera estimación sólida a partir de la masa y la velocidad del rotor.
Consistencia operativa
- Mantenga exactamente la misma velocidad para las tres corridas.
- Permitan la estabilización térmica entre ejecuciones cuando sea necesario.
- Mantenga consistentes las condiciones del proceso: flujo, presión, temperatura.
- Use ubicaciones de sensores idénticas y métodos de montaje.
Calidad de los datos
- Tome varias lecturas por corrida y promédiele.
- Confirme que las mediciones de fase sean consistentes y repetibles.
- Verifique que los pesos de prueba produzcan cambios claramente medibles.
- Vigile las anomalías que indiquen error de medición.
Precisión de instalación
- Marque y verifique cuidadosamente las posiciones angulares de los pesos de prueba.
- Asegúrese de que los pesos de prueba estén seguros y no se desplacen durante las pasadas.
- Instale los pesos de corrección finales con el mismo cuidado.
- Verifique nuevamente las masas y los ángulos antes de la pasada de verificación.
8. Solución de problemas comunes
Resultados deficientes después de la corrección
Posibles causas:
- Pesos de corrección instalados en ángulos incorrectos o con masas erróneas.
- Las condiciones de operación cambiaron entre las pasadas de prueba y la instalación de la corrección.
- Problemas mecánicos — holgura mecánica, desalineación — no atendidos antes del balanceo.
- Respuesta no lineal del sistema.
Los pesos de prueba producen una respuesta pequeña
Soluciones:
- Use pesos de prueba más grandes o colóquelos a un radio mayor.
- Verifique el montaje del sensor y la calidad de la señal.
- Compruebe que la velocidad de operación sea la correcta.
- Considere si el sistema tiene una sensibilidad de respuesta muy alta amortiguamiento o muy baja.
Mediciones inconsistentes
Soluciones:
- Permita más tiempo para la estabilización térmica y mecánica.
- Mejore el montaje del sensor: use pernos en lugar de imanes.
- Aíslelo de fuentes externas de vibración.
- Atienda los problemas mecánicos que causan un comportamiento variable.
9. El método de tres pasadas en campo
Dado que no requiere una máquina de balanceo y solo unos pocos arranques, el método de tres pasadas es la opción natural para el trabajo en sitio con un instrumento portátil. Un analizador de dos canales como el Balanset-1A lee la amplitud y la fase en ambos rodamientos a través de una pasada por plano, calcula los coeficientes de influencia automáticamente y devuelve la masa y el ángulo para cada peso de corrección; luego verifica el desbalance residual contra el grado ISO 21940-11 seleccionado una vez instalados los pesos. Al trabajar en los propios rodamientos de la máquina a la velocidad de operación, captura la verdadera condición de giro que el rotor experimentará realmente, lo cual es exactamente lo que hace que el método de tres pasadas sea tan confiable en balanceo en campo.
