Comprensión del balanceo en dos planos
Balanceo en dos planos es un balanceo dinámico procedimiento en el que pesos de corrección se colocan en dos planos separados a lo largo de la longitud de un rotor para eliminar ambos desbalance estático y desbalance de par al mismo tiempo. Es el método estándar para la gran mayoría de los equipos rotativos industriales: cualquier rotor cuya longitud axial sea comparable o mayor que su diámetro. A diferencia del balanceo en un solo plano, que corrige únicamente el desplazamiento del centro de masas del rotor, el balanceo en dos planos aborda tanto el componente traslacional fuerza centrífuga como el par que hace que un rotor oscile o tambalee alrededor de su centro.
1. Definición: ¿Por qué dos planos?
El desbalance de cualquier rotor rígido desbalance puede resolverse en dos componentes independientes. Desbalance estático es un punto pesado neto cuyo centro de masas está desplazado del eje del eje; produce una fuerza en fase en ambos rodamientos y aparecería incluso si el rotor se balanceara sobre cuchillas sin girar. Desbalance de par es un par de puntos pesados iguales separados 180° en los extremos opuestos del rotor: no produce ningún desplazamiento neto del centro de masas, por lo que es invisible estáticamente, pero a velocidad genera un par de oscilación que desfasa los dos rodamientos entre sí.
Un solo plano de corrección puede cancelar únicamente el componente estático. Para cancelar un par se necesitan dos correcciones que juntas formen un momento opuesto, y eso, por definición, requiere dos planos. Dado que los rotores reales llevan una mezcla arbitraria de desbalance estático y de par (un estado a menudo llamado desbalance cuasiestático cuando se combinan), dos planos de corrección son el mínimo necesario para describir y corregir por completo el desbalance de un rotor rígido. vibración.
2. ¿Cuándo se requiere el balanceo en dos planos?
Recurren a dos planos siempre que se cumpla alguna de las siguientes condiciones:
Rotores largos o esbeltos
Como regla general, cualquier rotor con una relación longitud-diámetro mayor de aproximadamente 0,5 a 1,0 debe balancearse en dos planos. Los ejemplos típicos incluyen:
- Inducidos de motores eléctricos
- Ejes de bombas y compresores
- Rotores de ventiladores multietapa
- Ejes de transmisión y acoplamientos
- Mandrilos y herramientas rotativas
- Rotores de turbina
Un disco estrecho: una rueda abrasiva, una polea simple, un volante delgado, se encuentra en el extremo opuesto y generalmente puede corregirse en un solo plano, porque es demasiado corto para soportar un par significativo.
Desbalance de par visible
Cuando la vibración 1× medida fase en los dos soportes de rodamiento está marcadamente desfasada, acercándose a 180° de diferencia, lo que indica un movimiento de oscilación o inclinación, está presente un desbalance de par y solo una corrección en dos planos lo eliminará.
Cuando el balanceo en un solo plano no es suficiente
Una pista diagnóstica clásica: un intento de un solo plano reduce la vibración en un rodamiento pero la aumenta en el otro. Esa compensación es la firma de un par no corregido y le indica que se necesita un segundo plano.
Rotores rígidos con masa distribuida
Incluso un rotor rígido que funcione muy por debajo de su primera velocidad crítica se beneficia de dos planos si su masa se distribuye a lo largo de una longitud axial apreciable, lo que garantiza que la vibración se minimice en cada rodamiento y no solo en uno.
3. Procedimiento de balanceo en dos planos
El balanceo en dos planos es más complejo que el trabajo en un solo plano porque una corrección en cualquiera de los planos cambia la vibración en ambos los rodamientos. La solución aceptada es el método de coeficientes de influencia, aplicado con dos pesos de prueba a lo largo de una secuencia de pasadas de medición.
Paso 1: Medición inicial
Hagan funcionar la máquina a su velocidad de balanceo elegida y registren los vectores de vibración 1× iniciales (amplitud y fase) en ambos rodamientos. Etiquételos como «Rodamiento 1» y «Rodamiento 2». Este par captura el efecto combinado de todo el desbalance en el rotor.
Paso 2: Definir los planos de corrección
Seleccione dos planos de corrección donde se puede agregar o quitar masa. Colóquenlos lo más separados y accesibles que sea práctico, generalmente cerca de cada extremo del rotor, en los flancos del acoplamiento o en los bujes del ventilador. Una separación amplia de planos proporciona una corrección de par fuerte y bien condicionada.
Paso 3: Peso de prueba en el plano 1
Detengan la máquina y coloquen un peso de prueba de masa conocida en un ángulo conocido en el primer plano. Hagan funcionar nuevamente y registren la nueva vibración en ambos rodamientos. El vector significativo en cada rodamiento revela dos coeficientes de influencia: el efecto del plano 1 en el rodamiento 1 y del plano 1 en el rodamiento 2.
Paso 4: Peso de prueba en el plano 2
Retiren el primer peso de prueba, coloquen un peso de prueba en el segundo plano, hagan funcionar y midan nuevamente. Esto arroja los dos coeficientes restantes: plano 2 en el rodamiento 1 y plano 2 en el rodamiento 2.
Paso 5: Calcule las correcciones
El instrumento ahora contiene cuatro coeficientes de influencia complejos organizados como una matriz 2×2. Utilizando matemáticas vectoriales y la inversión de matriz, resuelve un par de ecuaciones simultáneas para la masa y el ángulo exactos necesarios en cada plano para llevar la vibración en ambos rodamientos hacia cero al mismo tiempo. Una calculadora de coeficientes de influencia de un solo plano ilustra la aritmética vectorial subyacente para un plano; el caso de dos planos simplemente lo extiende a una matriz, mientras que una calculadora de pesos de prueba ayuda a dimensionar una primera masa de prueba sensata.
Paso 6: Instale y verifique
Coloquen permanentemente ambos pesos calculados y hagan funcionar para verificar. La vibración en ambos rodamientos ahora debería estar cómodamente dentro del objetivo. Si queda un poco de residual, una rápida balanceo de ajuste , reutilizando los coeficientes ya medidos, perfecciona el resultado sin pasadas de prueba adicionales.
4. La matriz de coeficientes de influencia explicada
El poder del método reside en esa matriz 2×2, porque cada plano influye en ambos los rodamientos:
- Efectos directos: un peso en el Plano 1 tiene su mayor influencia en el Rodamiento 1 cercano, y un peso en el Plano 2 en el Rodamiento 2 cercano.
- Efectos de acoplamiento cruzado: un peso en el Plano 1 también mueve el Rodamiento 2 (generalmente con menor intensidad), y un peso en el Plano 2 también mueve el Rodamiento 1.
Resolver la matriz tiene en cuenta las cuatro interacciones simultáneamente, por lo que las dos correcciones cooperan en lugar de luchar entre sí. La matemática es implacable a mano: un error de signo o un grado de error de fase se propaga a través de la inversión, lo cual es precisamente por qué un instrumento de balanceo dedicado vale su pena.
Para dos planos (1, 2) y dos rodamientos (A, B), el sistema es VA = αA1·W1 + αA2·W2 y VB = αB1·W1 + αB2·W2, donde cada término V, α y W es un vector complejo (amplitud y fase). El software de balanceo invierte este sistema 2×2 para encontrar los pesos de corrección W1 y W2 que hacen que VA y VB desaparezca.
5. Balanceo en dos planos en campo
El balanceo en dos planos es el método cotidiano del balanceo en campo, y es exactamente para lo que está diseñado un analizador portátil de dos canales. Con un instrumento como el Balanset-1A, un técnico monta un acelerómetro en cada rodamiento, coloca un tacómetro láser para la referencia de fase y sigue directamente los seis pasos anteriores: carrera inicial, dos carreras de prueba, resolver, corregir, verificar, sin desmontar la máquina ni enviar el rotor a un taller de balanceo. Como el trabajo se realiza in situ, en los propios rodamientos de la máquina y a la velocidad real de operación, el resultado refleja las condiciones reales de instalación: rigidez de los rodamientos, flexibilidad de la cimentación, cargas térmicas y de proceso, que un máquina de balanceo no puede reproducir. El instrumento luego verifica la desbalance residual final contra la norma ISO elegida antes de firmar el informe.
6. Ventajas del balanceo en dos planos
- Corrección completa: elimina tanto el desbalance estático como el de par, la imagen completa del rotor rígido.
- Minimiza la vibración en todos los rodamientos: optimiza todo el sistema del rotor, no solo un extremo.
- Prolonga la vida de los componentes: menor vibración en ambos soportes significa menos desgaste en rodamientos, sellos y acoplamientos, y menor riesgo de fatiga agrietamiento.
- Estándar de la industria: requerido por muchos fabricantes de equipos y codificado para rotores rígidos en ISO 21940-11 (el sucesor moderno de ISO 1940-1).
- Adecuado para la mayoría de las máquinas: eficaz para rotores rígidos que operan por debajo de su primera velocidad crítica, lo que cubre la abrumadora mayoría del equipo industrial.
7. Dónde encaja: Un plano, dos planos y múltiples planos
| Método | Planos | Corrige | Rotor típico |
|---|---|---|---|
| Plano único | 1 | Solo estático | Discos delgados, poleas estrechas, ventiladores individuales |
| Dos planos | 2 | Estático + par | La mayoría de los rotores industriales rígidos |
| Múltiples planos | 3 o más | Estático + par + flexión modal | Rofores flexibles por encima de la velocidad crítica |
En comparación con el balanceo en un solo plano, el balanceo en dos planos es más complejo y toma más tiempo, pero ofrece una reducción de vibración mucho mejor para cualquier rotor que no sea de disco estrecho. En el otro extremo, un rotor flexible que funcione por encima de una o más velocidades críticas puede necesitar tres o más planos — véase balanceo multipiano —, pero para la gran mayoría de la maquinaria industrial dos planos son completamente suficientes.
8. Desafíos comunes y soluciones
Planos de corrección inaccesibles
Desafío: en una máquina ensamblada, las ubicaciones ideales de los planos pueden estar fuera de alcance.
Solución: use lo que esté disponible — bujes de acoplamiento, aspas de ventilador, bridas externas — y deje que los coeficientes del instrumento absorban la geometría menos que ideal, ya que la matriz se mide en la máquina real.
Respuesta débil al peso de prueba
Desafío: si un peso de prueba apenas cambia las lecturas, los coeficientes de influencia se vuelven ruidosos y la solución poco fiable.
Solución: use una masa de prueba mayor o muévala a un radio mayor para elevar su efecto por encima del nivel de ruido de medición.
Comportamiento no lineal
Desafío: rotores con holgura mecánica, pata floja, o operación cerca de resonancia puede que no respondan de forma lineal a los pesos, una condición previa que asume el método.
Solución: corrija primero los fallos mecánicos (apriete los elementos de fijación, corrija la pata floja) y, siempre que sea posible, realice el balanceo lejos de las velocidades críticas. Confirme que el problema es realmente desbalance y no desalineación disfrazándose de tal.
