Balanceo de ventiladores
(Información utilizada de GOST 31350-2007 “VIBRACIÓN. VENTILADORES INDUSTRIALES. REQUISITOS PARA LA VIBRACIÓN PRODUCIDA Y LA CALIDAD DE BALANCEO” — un estándar interestatal desarrollado a partir de ISO 14694:2003 “Ventiladores industriales — Especificaciones para la calidad de balanceo y los niveles de vibración”)
Nota de la fuente: esta página se basa en los requisitos de vibración y calidad de balanceo de los ventiladores equivalentes a ISO 14694:2003 y las adopciones interestatales (GOST) relacionadas de estándares ISO, cuyas designaciones difieren de los números de publicación originales de ISO. Cuando aparece la terminología anterior de ISO 1940-1, el estándar actual de calidad de balanceo es ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940-1).
Vibración producida por el ventilador es una de sus características técnicas más importantes. Indica la calidad del diseño y la fabricación del producto. Un aumento de la vibración puede indicar una instalación incorrecta del ventilador, un deterioro de su estado técnico, etc. Por esta razón, la vibración del ventilador generalmente se mide durante las pruebas de aceptación, durante la instalación antes de la puesta en servicio, así como al realizar un programa de monitoreo de condición de la máquina. Los datos de vibración del ventilador también se utilizan en el diseño de su soporte y sistemas conectados (conductos). Las mediciones de vibración generalmente se realizan con las entradas de succión y descarga abiertas, pero cabe señalar que la vibración del ventilador puede variar significativamente con los cambios en la aerodinámica del flujo de aire, la velocidad de rotación y otras características.
GOST ISO 10816-1-97 (ISO 10816-1:1995), GOST ISO 10816-3-2002 (ISO 10816-3:1998) y GOST 31351-2007 (ISO 14695:2003) establecen métodos de medición y definen las ubicaciones de los sensores de vibración. Si las mediciones de vibración se realizan para evaluar su impacto en el conducto o la base del ventilador, los puntos de medición se eligen en consecuencia.
Las mediciones de vibración del ventilador pueden ser costosas y, a veces, su costo supera significativamente el costo de fabricación del producto en sí. Por lo tanto, cualquier restricción sobre los valores de componentes discretos individuales de vibración o parámetros de vibración en bandas de frecuencia solo debe introducirse cuando el exceder estos valores indique un mal funcionamiento del ventilador. El número de puntos de medición de vibración también debe limitarse en función del uso previsto de los resultados de la medición. Por lo general, es suficiente medir la vibración en los soportes del ventilador para evaluar el estado vibratorio del ventilador.
La base es lo que soporta el ventilador y lo que proporciona el soporte necesario para el ventilador. La masa y la rigidez de la base se eligen para evitar la amplificación de la vibración transmitida a través de ella.
Los soportes son de dos tipos:
- soporte flexible: Un sistema de soporte del ventilador diseñado de tal manera que la primera frecuencia natural del soporte sea significativamente menor que la frecuencia de rotación de funcionamiento del ventilador. Al determinar el grado de flexibilidad del soporte, se deben considerar los insertos elásticos entre el ventilador y la estructura de soporte. La flexibilidad del soporte se asegura suspendiendo el ventilador en resortes o colocando el soporte sobre elementos elásticos (resortes, aisladores de goma, etc.). La frecuencia natural del sistema de suspensión – ventilador suele ser menor al 25 % de la frecuencia correspondiente a la velocidad de rotación mínima del ventilador probado.
- soporte rígido: Un sistema de soporte del ventilador diseñado de tal manera que la primera frecuencia natural del soporte sea significativamente mayor que la frecuencia de rotación de funcionamiento. La rigidez de la base del ventilador es relativa. Debe considerarse en comparación con la rigidez de los rodamientos de la máquina. La relación entre la vibración del alojamiento del rodamiento y la vibración de la base caracteriza la influencia de la flexibilidad de la base. La base puede considerarse rígida y suficientemente masiva si la amplitud de la vibración de la base (en cualquier dirección) cerca de los pies de la máquina o del marco de soporte es menor al 25 % del resultado máximo de medición de vibración obtenido en el soporte de rodamiento más cercano (en cualquier dirección).
Dado que la masa y la rigidez de la base temporal sobre la que se instala el ventilador durante las pruebas de fábrica pueden diferir significativamente de las condiciones de instalación en el sitio de operación, los valores límite de las condiciones de fábrica se aplican a la vibración de banda estrecha en el rango de frecuencia de rotación, y para las pruebas de ventiladores en el sitio – a la vibración de banda ancha, determinando el estado vibratorio general de la máquina. El sitio de operación es la ubicación de instalación final del ventilador, para la cual se definen las condiciones de funcionamiento.
Categorías de ventiladores (categorías BV)
Los ventiladores se clasifican según las características de su uso previsto, clases de precisión de balanceo, y los valores límite recomendados de los parámetros de vibración. El diseño y el propósito del ventilador son criterios que permiten clasificar muchos tipos de ventiladores según los desbalance valores y niveles de vibración (categorías BV) aceptables.
La tabla 1 presenta las categorías a las que se pueden atribuir los ventiladores en función de sus condiciones de aplicación, considerando los valores de desbalance permisibles y los niveles de vibración. La categoría del ventilador la determina el fabricante.
Tabla 1 – Categorías de ventiladores
| Condiciones de aplicación | Ejemplos | Consumo de potencia, kW | Categoría BV |
| Espacios residenciales y de oficinas | Ventiladores de techo y ático, acondicionadores de aire de ventana | ≤ 0.15 | BV-1 |
| > 0.15 | BV-2 | ||
| Edificios y locales agrícolas | Ventiladores para sistemas de ventilación y aire acondicionado; ventiladores en equipos en serie | ≤ 3.7 | BV-2 |
| > 3.7 | BV-3 | ||
| Procesos industriales y generación de energía | Ventiladores en espacios cerrados, minas, transportadores, calderas, túneles de viento, sistemas de limpieza de gases | ≤ 300 | BV-3 |
| > 300 | ver ISO 10816-3 | ||
| Transporte, incluidos buques marítimos | Ventiladores en locomotoras, camiones y automóviles | ≤ 15 | BV-3 |
| > 15 | BV-4 | ||
| Túneles | Ventiladores para ventilación de subterráneos, túneles, garajes | ≤ 75 | BV-3 |
| > 75 | BV-4 | ||
| Cualquiera | BV-4 | ||
| Producción petroquímica | Ventiladores para eliminar gases peligrosos y utilizados en otros procesos tecnológicos | ≤ 37 | BV-3 |
| > 37 | BV-4 | ||
| Producción de chips informáticos | Ventiladores para crear salas limpias | Cualquiera | BV-5 |
| Notas
1 Esta norma solo considera ventiladores con potencia menor a 300 kW. La evaluación de vibración de ventiladores con mayor potencia es según ISO 10816-3. Sin embargo, los motores eléctricos de serie estándar pueden tener una potencia nominal de hasta 355 kW. Los ventiladores con tales motores eléctricos deben aceptarse según esta norma.
2 La tabla 1 no se aplica a ventiladores axiales ligeros de baja velocidad y gran diámetro (generalmente de 2800 a 12500 mm) utilizados en intercambiadores de calor, torres de enfriamiento, etc. La clase de precisión de balanceo para tales ventiladores debe ser G16, y la categoría del ventilador – BV-3
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Al comprar elementos individuales del rotor (ruedas o impulsores) para su instalación posterior en el ventilador, se debe cumplir con la clase de precisión de balanceo de estos elementos (ver tabla 2), y al comprar el ventilador como un todo, también se deben considerar los resultados de las pruebas de vibración de fábrica (tabla 4) y la vibración en el sitio (tabla 5). Por lo general, estas características se acuerdan, por lo que la elección del ventilador puede realizarse en función de su categoría BV.
La categoría establecida en la tabla 1 es típica para el uso normal de los ventiladores, pero en casos justificados, el cliente puede solicitar un ventilador de una categoría BV diferente. Se recomienda especificar la categoría BV del ventilador, la clase de precisión de balanceo y los niveles de vibración aceptables en el contrato de suministro de equipos.
Se puede concluir un acuerdo separado entre el cliente y el fabricante con respecto a las condiciones de instalación del ventilador, para que las pruebas de fábrica del ventilador ensamblado consideren las condiciones de instalación planificadas en el sitio de operación. En ausencia de tal acuerdo, no hay restricciones sobre el tipo de base (rígida o flexible) para las pruebas de fábrica.
Balanceo de ventiladores
Disposiciones generales
El fabricante del ventilador es responsable de balanceo los ventiladores de acuerdo con el documento normativo correspondiente. Esta norma se basa en los requisitos de ISO 1940-1. El balanceo generalmente se realiza en máquinas de balanceoaltamente sensibles y diseñados especialmente, lo que permite una evaluación precisa de desbalance residual.
Clases de precisión de balanceo de ventiladores
Las clases de precisión de balanceo para las ruedas del ventilador se aplican de acuerdo con la tabla 2. El fabricante del ventilador puede realizar el balanceo de varios elementos en ensamblaje, los cuales pueden incluir, además de la rueda, el eje, el acoplamiento, la polea, etc. Además, los elementos individuales del ensamblaje pueden requerir balanceo.
Tabla 2 – Clases de Precisión de Balanceo
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Categoría del Ventilador
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Clase de Precisión de Balanceo del Rotor (Rueda)
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BV-1
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G16
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BV-2
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G16
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BV-3
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G6.3
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BV-4
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G2.5
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BV-5
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G1.0
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Nota: Los ventiladores de la categoría BV-1 pueden incluir ventiladores de pequeño tamaño que pesan menos de 224 g, para los cuales es difícil mantener la precisión de balanceo especificada. En este caso, la uniformidad de la distribución de masa en relación con el eje de rotación del ventilador debe asegurarse mediante la tecnología de fabricación.
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Medición de Vibración del Ventilador
Requisitos de medición
Disposiciones generales
Las figuras 1 – 4 muestran algunos puntos de medición posibles y direcciones en cada rodamiento del ventilador. Los valores dados en la tabla 4 se refieren a mediciones en la dirección perpendicular al eje de rotación. El número y la ubicación de los puntos de medición para las pruebas de fábrica y las mediciones en el sitio se determinan a discreción del fabricante o por acuerdo con el cliente. Se recomienda medir en los rodamientos del eje de la rueda del ventilador (impulsor). Si esto no es posible, el sensor debe instalarse en un lugar donde se asegure la conexión mecánica más corta entre él y el rodamiento. El sensor no debe montarse en paneles sin soporte, la carcasa del ventilador, elementos de la caja u otros lugares no conectados directamente al rodamiento (estos resultados de medición pueden usarse, pero no para evaluar el estado vibratorio del ventilador, sino para obtener información sobre la vibración transmitida al conducto o la base – ver ISO 14695 (GOST 31351) e ISO 5348.
Figura 1. Ubicación de un sensor tridimensional para un ventilador axial montado horizontalmente
Figura 2. Ubicación de un sensor tridimensional para un ventilador radial de aspiración simple
Figura 3. Ubicación de un sensor tridimensional para un ventilador radial de aspiración doble
Figura 4. Ubicación de un sensor tridimensional para un ventilador axial montado verticalmente
Las mediciones en la dirección horizontal deben realizarse en ángulo recto con respecto al eje del eje. Las mediciones en la dirección vertical deben realizarse en ángulo recto con respecto a la dirección de medición horizontal y perpendiculares al eje del ventilador. Las mediciones en la dirección longitudinal deben realizarse paralelas al eje del eje.
Mediciones con sensores de tipo inercial
Todos los valores de vibración especificados en esta norma se refieren a mediciones realizadas con sensores de tipo inercial, cuya señal reproduce el movimiento del soporte del rodamiento.
Los sensores utilizados pueden ser acelerómetros o sensores de velocidad. Se debe prestar especial atención al correcto fijado de los sensores: sin holguras en la superficie de soporte, sin oscilaciones ni resonancias. El tamaño y la masa de los sensores y del sistema de fijación no deben ser excesivamente grandes para evitar cambios significativos en la vibración medida. El error total causado por el método de fijación del sensor y la calibración del sistema de medición no debe exceder +/- 10% del valor medido.
Mediciones con sensores sin contacto
Por acuerdo entre el usuario y el fabricante, pueden establecerse requisitos para el desplazamiento máximo admisible del eje (ver ISO 7919-1) dentro de los cojinetes de fricción. Las mediciones correspondientes pueden realizarse con sensores sin contacto.
En este caso, el sistema de medición determina el desplazamiento de la superficie del eje con respecto al soporte del rodamiento. Es obvio que la amplitud admisible de los desplazamientos no debe exceder el valor del juego del rodamiento. El valor del juego depende del tamaño y tipo de rodamiento, de la carga (radial o axial) y de la dirección de medición (algunos diseños de rodamientos tienen un orificio elíptico, para el cual el juego en la dirección horizontal es mayor que en la dirección vertical). La variedad de factores que deben considerarse no permite establecer límites uniformes de desplazamiento del eje, pero se presentan algunas recomendaciones en la tabla 3. Los valores dados en esta tabla representan un porcentaje del valor total del juego radial en el rodamiento en cada dirección.
Tabla 3 – Desplazamiento Relativo Máximo del Eje dentro del Rodamiento
| Estado Vibratorio del Ventilador | Desplazamiento Máximo Recomendado, Porcentaje del Valor del Juego (A lo Largo de Cualquier Eje) |
| Puesta en Marcha/Estado Satisfactorio | Menos del 25% |
| Advertencia | +50% |
| Parada | +70% |
| 1) Los valores de juego radial y axial para un rodamiento específico deben obtenerse de su proveedor. | |
Los valores dados tienen en cuenta los desplazamientos “falsos” de la superficie del eje. Estos desplazamientos “falsos” aparecen en los resultados de medición porque, además de la vibración del eje, las excentricidades de giro mecánicas también afectan estos resultados si el eje está curvado o tiene una forma no circular. Al utilizar un sensor sin contacto, los resultados de medición también incluirán excentricidades de giro eléctricas determinadas por las propiedades magnéticas y eléctricas del material del eje en el punto de medición. Se considera que durante la puesta en marcha y la operación normal posterior del ventilador, el rango de la suma de las excentricidades de giro mecánicas y eléctricas en el punto de medición no debe exceder el mayor de dos valores: 0,0125 mm o el 25% del valor de desplazamiento medido. Las excentricidades de giro se determinan girando lentamente el eje (a una velocidad de 25 a 400 rpm), cuando el efecto de las fuerzas causadas por el desbalance en el rotor es despreciable. Para cumplir con la tolerancia de excentricidad de giro establecida, puede ser necesario un mecanizado adicional del eje. Los sensores sin contacto deben, si es posible, montarse directamente en el soporte del rodamiento.
Los valores límite dados se aplican solo a un ventilador que opera en su modo nominal. Si el diseño del ventilador permite operar con velocidad de rotación variable, pueden existir niveles de vibración más altos a otras velocidades debido a la influencia inevitable de las resonancias.
Si el diseño del ventilador permite cambiar la posición de las aspas con respecto al flujo de aire en el puerto de entrada, los valores dados deben aplicarse para condiciones con las aspas completamente abiertas. Cabe señalar que el estancamiento del flujo de aire, especialmente notable en ángulos grandes de las aspas con respecto al flujo de aire de entrada, puede provocar un aumento en los niveles de vibración.
Sistema de Soporte del Ventilador
El estado vibratorio de los ventiladores después de la instalación se determina considerando la rigidez del soporte. Un soporte se considera rígido si la primera frecuencia natural del sistema “ventilador – soporte” supera la velocidad de rotación. Por lo general, cuando se monta sobre grandes cimientos de concreto, el soporte puede considerarse rígido, y cuando se monta sobre aisladores de vibración – flexible. Una estructura de acero, a menudo utilizada para montar ventiladores, puede pertenecer a cualquiera de los dos tipos de soporte. En caso de duda sobre el tipo de soporte del ventilador, pueden realizarse cálculos o pruebas para determinar la primera frecuencia natural del sistema. En algunos casos, el soporte del ventilador debe considerarse rígido en una dirección y flexible en otra.
Límites de Vibración Admisible del Ventilador durante las Pruebas de Fábrica
Los niveles de vibración límite dados en la tabla 4 se aplican a ventiladores ensamblados. Se refieren a mediciones de velocidad de vibración de banda estrecha en los soportes de los rodamientos para la frecuencia de rotación utilizada durante las pruebas de fábrica.
Tabla 4 – Valores Límite de Vibración durante las Pruebas de Fábrica
| Categoría del Ventilador | Velocidad de Vibración RMS Límite, mm/s | |
| Soporte Rígido | Soporte Flexible | |
| BV-1 | 9.0 | 11.2 |
| BV-2 | 3.5 | 5.6 |
| BV-3 | 2.8 | 3.5 |
| BV-4 | 1.8 | 2.8 |
| BV-5 | 1.4 | 1.8 |
| Notas
1 Las reglas para convertir unidades de velocidad de vibración a unidades de desplazamiento o aceleración para vibración de banda estrecha se especifican en el Apéndice A.
2 Los valores de esta tabla se aplican a la carga nominal y a la frecuencia de rotación nominal del ventilador operando en el modo con álabes directores de entrada abiertos. Los valores límite para otras condiciones de carga deben acordarse entre el fabricante y el cliente, pero se recomienda que no excedan los valores de la tabla en más de 1,6 veces.
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Límites de Vibración Admisible del Ventilador durante las Pruebas en Sitio
La vibración de cualquier ventilador en el sitio de operación depende no solo de su calidad de balanceo. Factores relacionados con la instalación, como la masa y la rigidez del sistema de soporte, también tendrán influencia. Por lo tanto, el fabricante del ventilador no es responsable del nivel de vibración del ventilador en su sitio de operación, a menos que se especifique en el contrato.
La tabla 5 proporciona valores límite recomendados (en unidades de velocidad de vibración para vibración de banda ancha en los soportes de los rodamientos) para la operación normal de ventiladores en varias categorías.
Tabla 5 – Valores Límite de Vibración en el Sitio de Operación
| Estado Vibratorio del Ventilador | Categoría del Ventilador | Velocidad de Vibración RMS Límite, mm/s | |
| Soporte Rígido | Soporte Flexible | ||
| Puesta en marcha | BV-1 | 10 | 11.2 |
| BV-2 | 5.6 | 9.0 | |
| BV-3 | 4.5 | 6.3 | |
| BV-4 | 2.8 | 4.5 | |
| BV-5 | 1.8 | 2.8 | |
| Advertencia | BV-1 | 10.6 | 14.0 |
| BV-2 | 9.0 | 14.0 | |
| BV-3 | 7.1 | 11.8 | |
| BV-4 | 4.5 | 7.1 | |
| BV-5 | 4.0 | 5.6 | |
| Parada | BV-1 | __1) | __1) |
| BV-2 | __1) | __1) | |
| BV-3 | 9.0 | 12.5 | |
| BV-4 | 7.1 | 11.2 | |
| BV-5 | 5.6 | 7.1 | |
| 1) El nivel de parada para ventiladores de las categorías BV-1 y BV-2 se establece en función del análisis a largo plazo de los resultados de medición de vibración. | |||
La vibración de los ventiladores nuevos que se están poniendo en marcha no debe exceder el nivel de “puesta en marcha”. A medida que el ventilador opera, se espera que su nivel de vibración aumente debido a los procesos de desgaste y al efecto acumulativo de los factores de influencia. Tal aumento de vibración es generalmente natural y no debe causar preocupación hasta que alcance el nivel de “advertencia”.
Al alcanzar el nivel de vibración de “advertencia”, es necesario investigar las causas del aumento de vibración y determinar las medidas para reducirla. La operación del ventilador en este estado debe estar bajo monitoreo constante y limitarse al tiempo necesario para identificar medidas que eliminen las causas del aumento de vibración.
Si el nivel de vibración alcanza el nivel de “parada”, deben tomarse medidas inmediatamente para eliminar las causas del aumento de vibración; de lo contrario, el ventilador debe detenerse. Retrasar la reducción del nivel de vibración a un nivel admisible puede provocar daños en los rodamientos, grietas en el rotor y en los puntos de soldadura de la carcasa del ventilador, lo que finalmente resultará en la destrucción del ventilador.
Al evaluar el estado vibratorio del ventilador, es esencial monitorear los cambios en los niveles de vibración con el tiempo. Un cambio repentino en el nivel de vibración indica la necesidad de inspección inmediata del ventilador y de medidas de mantenimiento. Al monitorear los cambios de vibración, no deben considerarse los procesos transitorios causados, por ejemplo, por el reemplazo de lubricante o por procedimientos de mantenimiento.
La Influencia del Procedimiento de Ensamblaje
Además de las ruedas, los ventiladores incluyen otros elementos rotativos que pueden afectar el nivel de vibración del ventilador: poleas de accionamiento, correas, acoplamientos, rotores del motor u otros dispositivos de accionamiento. Si las condiciones del pedido requieren el suministro del ventilador sin un dispositivo de accionamiento, puede no ser práctico para el fabricante realizar pruebas de ensamblaje para determinar los niveles de vibración. En tal caso, incluso si el fabricante ha balanceado la rueda del ventilador, no hay certeza de que el ventilador funcione suavemente hasta que el eje del ventilador se conecte al accionamiento y toda la máquina se pruebe para vibración durante la puesta en marcha.
Por lo general, después del ensamblaje, se requiere un balanceo adicional para reducir el nivel de vibración a un nivel admisible. Para todos los ventiladores nuevos de las categorías BV-3, BV-4 y BV-5, se recomienda medir la vibración de la máquina ensamblada antes de la puesta en marcha. Esto establecerá un valor de referencia y delineará las medidas de mantenimiento posteriores.
Los fabricantes de ventiladores no son responsables del impacto en la vibración de las partes del accionamiento instaladas después de las pruebas de fábrica.
Herramientas de medición de vibración y calibración
Herramientas de medición
Las herramientas de medición y las máquinas de balanceo utilizadas deben estar verificadas y cumplir con los requisitos de la tarea. El intervalo entre verificaciones se determina según las recomendaciones del fabricante para las herramientas de medición (prueba). El estado de las herramientas de medición debe garantizar su funcionamiento normal durante todo el período de prueba.
El personal que trabaja con herramientas de medición debe contar con las habilidades y la experiencia suficientes para detectar posibles fallas y deterioro en la calidad de las herramientas de medición.
Calibración
Todas las herramientas de medición deben estar calibradas de acuerdo con las normas. La complejidad del procedimiento de calibración puede variar desde una simple inspección física hasta la calibración de todo el sistema. Las masas correctivas utilizadas para determinar el desbalance residual según la norma ISO 1940-1 también pueden utilizarse para calibrar las herramientas de medición.
Documentación
Balanceo
Bajo petición, si así lo establecen los términos del contrato, se puede proporcionar al cliente un informe de prueba de balanceo del ventilador, en el cual se recomienda incluir la siguiente información:
– Nombre del fabricante de la máquina de balanceo, número de modelo;
– Tipo de instalación del rotor: entre soportes o en voladizo;
– Método de balanceo: estático o dinámico;
– Masa de las partes giratorias del conjunto del rotor;
– Desbalance residual en cada plano de corrección (use nuestro calculadora de desbalance residual (ISO 21940-11) para determinar los valores permisibles);
– Desbalance residual admisible en cada plano de corrección;
– Clase de precisión de balanceo;
– Criterios de aceptación: aceptado/rechazado;
– Certificado de balanceo (si es necesario).
– Nombre del fabricante de la máquina de balanceo, número de modelo;
– Tipo de instalación del rotor: entre soportes o en voladizo;
– Método de balanceo: estático o dinámico;
– Masa de las partes giratorias del conjunto del rotor;
– Desbalance residual en cada plano de corrección (use nuestro calculadora de desbalance residual (ISO 21940-11) para determinar los valores permisibles);
– Desbalance residual admisible en cada plano de corrección;
– Clase de precisión de balanceo;
– Criterios de aceptación: aceptado/rechazado;
– Certificado de balanceo (si es necesario).
Vibración
Bajo petición, si así lo establecen los términos del contrato, se puede proporcionar al cliente un informe de prueba de vibración del ventilador, en el cual se recomienda incluir la siguiente información:
– Herramientas de medición utilizadas;
– Método de fijación del sensor de vibración;
– Parámetros de operación del ventilador (caudal de aire, presión, potencia);
– Frecuencia de rotación del ventilador;
– Tipo de soporte: rígido o flexible;
– Vibración medida:
1) Posiciones del sensor de vibración y ejes de medición,
2) Unidades de medición y niveles de referencia de vibración,
3) Rango de frecuencia de medición (banda de frecuencia estrecha o amplia);
– Nivel(es) de vibración admisible(s);
– Nivel(es) de vibración medido(s);
– Criterios de aceptación: aceptado/rechazado;
– Certificado de nivel de vibración (si es necesario).
– Herramientas de medición utilizadas;
– Método de fijación del sensor de vibración;
– Parámetros de operación del ventilador (caudal de aire, presión, potencia);
– Frecuencia de rotación del ventilador;
– Tipo de soporte: rígido o flexible;
– Vibración medida:
1) Posiciones del sensor de vibración y ejes de medición,
2) Unidades de medición y niveles de referencia de vibración,
3) Rango de frecuencia de medición (banda de frecuencia estrecha o amplia);
– Nivel(es) de vibración admisible(s);
– Nivel(es) de vibración medido(s);
– Criterios de aceptación: aceptado/rechazado;
– Certificado de nivel de vibración (si es necesario).
MÉTODOS DE BALANCEO DE VENTILADORES EN UNA MÁQUINA DE BALANCEO
B.1. Ventilador de accionamiento directo
B.1.1. Disposiciones generales
La rueda del ventilador, que se monta directamente en el eje del motor durante el ensamblaje, debe balancearse de acuerdo con la misma regla para tener en cuenta el efecto del cuñero que para el eje del motor.
Los motores de años anteriores de producción podían equilibrarse utilizando un cuñero completo. Actualmente, los ejes de los motores se balancean utilizando un cuñero parcial, como prescribe la ISO 8821 (adoptada como GOST 31322), y se marcan con la letra H (ver ISO 8821).
B.1.2. Motores balanceados con cuñero completo
La rueda del ventilador, montada en el eje del motor balanceado con un cuñero completo, debe balancearse sin cuña en un árbol cónico.
B.1.3. Motores balanceados con cuñero parcial
Para la rueda del ventilador montada en el eje del motor balanceado con un cuñero parcial, son posibles las siguientes opciones:
a) si la rueda tiene un buje de acero, cortar un cuñero en él después del balanceo;
b) balancear en un árbol cónico con una media cuña insertada en el cuñero;
c) balancear en un árbol con uno o más cuñeros (véase B.3), utilizando cuñas completas.
a) si la rueda tiene un buje de acero, cortar un cuñero en él después del balanceo;
b) balancear en un árbol cónico con una media cuña insertada en el cuñero;
c) balancear en un árbol con uno o más cuñeros (véase B.3), utilizando cuñas completas.
B.2. Ventiladores accionados por otro eje
Siempre que sea posible, todos los elementos giratorios, incluido el eje del ventilador y la polea, deben balancearse como una sola unidad. Si esto no es práctico, el balanceo debe realizarse en un árbol (véase B.3) utilizando la misma regla de contabilidad del cuñero que para el eje.
B.3. Árbol
El árbol en el que se monta la rueda del ventilador durante el balanceo debe cumplir con los siguientes requisitos:
a) ser lo más ligero posible;
b) estar en un estado balanceado, asegurado por un mantenimiento adecuado y revisiones periódicas;
c) preferiblemente ser cónico para reducir los errores asociados con la excentricidad, resultantes de las tolerancias del agujero del buje y las dimensiones del árbol. Si el árbol es cónico, se debe considerar la posición real de los planos de corrección con respecto a los rodamientos en los cálculos de desbalance.
a) ser lo más ligero posible;
b) estar en un estado balanceado, asegurado por un mantenimiento adecuado y revisiones periódicas;
c) preferiblemente ser cónico para reducir los errores asociados con la excentricidad, resultantes de las tolerancias del agujero del buje y las dimensiones del árbol. Si el árbol es cónico, se debe considerar la posición real de los planos de corrección con respecto a los rodamientos en los cálculos de desbalance.
Si es necesario utilizar un árbol cilíndrico, debe tener un cuñero cortado en él, en el que se inserta una cuña completa para transmitir el par del árbol a la rueda del ventilador.
Otra opción es cortar dos cuñeros en extremos opuestos del diámetro del eje, lo que permite el uso del método de balanceo inverso. Este método implica los siguientes pasos. Primero, mida el desbalance de la rueda insertando una cuña completa en un cuñero y una media cuña en el otro. Luego, gire la rueda 180° con respecto al árbol y mida su desbalance nuevamente. La diferencia entre los dos valores de desbalance se debe al desbalance residual del árbol y de la junta universal de accionamiento. Para obtener el valor real del desbalance del rotor, tome la mitad de la diferencia de estas dos mediciones.
FUENTES DE VIBRACIÓN DEL VENTILADOR
Existen muchas fuentes de vibración dentro del ventilador, y la vibración a ciertas frecuencias puede estar directamente relacionada con características específicas de diseño de la máquina. Este apéndice solo cubre las fuentes de vibración más comunes observadas en la mayoría de los tipos de ventiladores. La regla general es que cualquier holgura mecánica en el sistema de soporte causa un deterioro en el estado vibratorio del ventilador.
Desbalance del ventilador
Esta es la fuente principal de vibración del ventilador; se caracteriza por la presencia de un componente de vibración en la frecuencia de rotación (primer armónico). La causa del desbalance es que el eje de la masa rotativa es excéntrico o está angulado respecto al eje de rotación. Esto puede ser causado por una distribución desigual de la masa, la suma de las tolerancias en las dimensiones del agujero del buje y el eje, la flexión del eje o una combinación de estos factores. La vibración causada por el desbalance actúa principalmente en la dirección radial.
La flexión temporal del eje puede resultar de un calentamiento mecánico desigual – debido a la fricción entre elementos giratorios y estacionarios – o de naturaleza eléctrica. La flexión permanente puede resultar de cambios en las propiedades del material o de la desalineación del eje y la rueda del ventilador cuando el ventilador y el motor se montan por separado.
Durante el funcionamiento, el desbalance de la rueda del ventilador puede aumentar debido a la deposición de partículas del aire. Cuando se opera en un entorno agresivo, el desbalance puede resultar de una erosión o corrosión desigual de la rueda.
El desbalance puede corregirse mediante un balanceo adicional en los planos apropiados, pero antes de realizar el procedimiento de balanceo, se deben identificar y eliminar las fuentes de desbalance, y verificar la estabilidad vibratoria de la máquina.
Desalineación del ventilador y del motor
Este defecto puede ocurrir cuando los ejes del motor y del ventilador están conectados mediante una transmisión por correa o un acoplamiento flexible. La desalineación a veces puede identificarse por componentes característicos de frecuencia de vibración, usualmente los primeros y segundos armónicos de la frecuencia de rotación. En el caso de desalineación paralela de los ejes, la vibración ocurre principalmente en la dirección radial, mientras que si los ejes se intersectan en un ángulo, la vibración longitudinal puede volverse dominante.
Si los ejes están conectados en un ángulo y se utilizan acoplamientos rígidos, comienzan a actuar fuerzas alternas en la máquina, causando un mayor desgaste de los ejes y acoplamientos. Este efecto puede reducirse significativamente mediante el uso de acoplamientos flexibles.
Vibración del ventilador debido a la excitación aerodinámica
La excitación de vibración puede ser causada por la interacción de la rueda del ventilador con elementos estacionarios del diseño, como álabes directores, motor o soportes de rodamientos, valores incorrectos de holgura o estructuras de entrada y salida de aire diseñadas incorrectamente. Una característica distintiva de estas fuentes es la aparición de vibración periódica asociada con la frecuencia de rotación de la rueda, sobre el fondo de fluctuaciones aleatorias en la interacción de los álabes de la rueda con el aire. La vibración se puede observar en la armónicos de la frecuencia de los álabes, que es el producto de la frecuencia de rotación de la rueda y el número de álabes de la rueda.
La inestabilidad aerodinámica del flujo de aire, causada por su desprendimiento de la superficie del álabe y la formación posterior de vórtices, causa vibración de banda ancha, cuya forma del espectro cambia dependiendo de la carga del ventilador.
El ruido aerodinámico se caracteriza por el hecho de que no está relacionado con la frecuencia de rotación de la rueda y puede ocurrir en subarmónicos de la frecuencia de rotación (es decir, a frecuencias por debajo de la frecuencia de rotación). En este caso, puede observarse una vibración significativa de la carcasa del ventilador y los conductos.
Si el sistema aerodinámico del ventilador está mal adaptado a sus características, pueden ocurrir impactos agudos en él. Estos impactos son fácilmente distinguibles al oído y se transmiten como impulsos al sistema de soporte del ventilador.
Si las causas mencionadas anteriormente conducen a la vibración de los álabes, su naturaleza puede investigarse instalando sensores en diferentes partes de la estructura.
Vibración del ventilador debido al oil whirl en la capa de aceite
Los oil whirl que pueden ocurrir en la capa de lubricación de los cojinetes de fricción se observan a una frecuencia característica ligeramente por debajo de la frecuencia de rotación del rotor, a menos que el ventilador opere a una velocidad que exceda la primera velocidad crítica. En este último caso, se observará inestabilidad de la cuña de aceite en la primera velocidad crítica, y a veces este efecto se denomina oil whip resonante.
Fuentes de vibración del ventilador de naturaleza eléctrica
El calentamiento desigual del rotor del motor puede causar que se doble, lo que conduce a un desbalance (manifestándose en el primer armónico).
En el caso de un motor asíncrono, la presencia de un componente a una frecuencia igual a la frecuencia de rotación multiplicada por el número de láminas del rotor indica defectos relacionados con las láminas del estator, y viceversa, los componentes a una frecuencia igual a la frecuencia de rotación multiplicada por el número de láminas del rotor indican defectos relacionados con las láminas del rotor.
Muchos componentes de vibración de naturaleza eléctrica se caracterizan por su desaparición inmediata cuando se apaga la fuente de alimentación.
Vibración del ventilador debido a la excitación de la transmisión por correa
En general, hay dos tipos de problemas relacionados con las transmisiones por correa: cuando el funcionamiento de la transmisión se ve influenciado por defectos externos y cuando los defectos están en la correa misma.
En el primer caso, aunque la correa vibra, esto se debe a fuerzas forzantes de otras fuentes, por lo que reemplazar la correa no producirá los resultados deseados. Las fuentes comunes de tales fuerzas son el desbalance en el sistema de transmisión, la excentricidad de la polea, la desalineación y las conexiones mecánicas aflojadas. Por lo tanto, antes de cambiar las correas, se debe realizar un análisis de vibración para identificar la fuente de excitación.
Si las correas responden a fuerzas forzantes externas, su frecuencia de vibración probablemente será la misma que la frecuencia de excitación. En este caso, la frecuencia de excitación puede determinarse utilizando una lámpara estroboscópica, ajustándola para que la correa aparezca estacionaria en la luz de la lámpara.
En el caso de una transmisión por múltiples correas, una tensión desigual de las correas puede conducir a un aumento significativo en la vibración transmitida.
Los casos en los que las fuentes de vibración son las correas mismas están relacionados con sus defectos físicos: grietas, puntos duros y blandos, suciedad en la superficie de la correa, material faltante en su superficie, etc. Para las correas en V, los cambios en su ancho harán que la correa suba y baje por la pista de la polea, creando vibración debido al cambio en su tensión.
Si la fuente de vibración es la correa misma, las frecuencias de vibración suelen ser los armónicos de la frecuencia de rotación de la correa. En un caso específico, la frecuencia de excitación dependerá de la naturaleza del defecto y del número de poleas, incluidos los tensores.
En algunos casos, la amplitud de vibración puede ser inestable. Esto es especialmente cierto para los sistemas de transmisión por múltiples correas.
Los defectos mecánicos y eléctricos son fuentes de vibración, que posteriormente se convierten en ruido aéreo. El ruido mecánico puede estar asociado con el desbalance del ventilador o del motor, ruido de los rodamientos, alineación de ejes, vibraciones de las paredes de los conductos y paneles del soporte, vibraciones de las aspas de la compuerta, vibraciones de las aspas, compuertas, tuberías y soportes, así como la transmisión de vibraciones mecánicas a través de la estructura. El ruido eléctrico está relacionado con diversas formas de conversión de energía eléctrica: 1) Las fuerzas magnéticas están determinadas por la densidad del flujo magnético, el número y la forma de los polos, y la geometría de la entrehierro; 2) El ruido eléctrico aleatorio está determinado por las escobillas, arcos eléctricos, chispas eléctricas, etc.
El ruido aerodinámico puede estar asociado con la formación de vórtices, pulsaciones de presión, resistencia al aire, etc., y puede tener una naturaleza tanto de banda ancha como de banda estrecha. El ruido de banda ancha puede ser causado por: a) aspas, compuertas y otros obstáculos en la trayectoria del flujo de aire; b) la rotación del ventilador en su conjunto, correas, ranuras, etc.; c) cambios repentinos en la dirección del flujo de aire o en la sección transversal del conducto, diferencias en las velocidades de flujo, separación del flujo debido a efectos de borde, efectos de compresión del flujo, etc. El ruido de banda estrecha puede ser causado por: a) resonancias (efecto de tubo de órgano, vibraciones de cuerdas, paneles, elementos estructurales, etc.); b) formación de vórtices en bordes afilados (excitación de columna de aire); c) rotaciones (efecto de sirena, ranuras, orificios, hendiduras en partes rotativas).
Los impactos creados por el contacto entre diversos elementos mecánicos de la estructura producen un ruido similar al producido por un golpe de martillo, un trueno, una caja vacía resonante, etc. Los sonidos de impacto se pueden escuchar por los impactos de los dientes de los engranajes y los golpes de correas defectuosas. Los impulsos de impacto pueden ser tan fugaces que para distinguir los impulsos de impacto periódicos de los procesos transitorios, se necesita un equipo especial de grabación de alta velocidad. En el área donde ocurren muchos impulsos de impacto, la superposición de sus picos crea un efecto de zumbido constante.
Dependencia de la vibración del tipo de soporte del ventilador
La elección correcta del soporte o diseño de la cimentación del ventilador es necesaria para su funcionamiento suave y sin problemas. Para garantizar la alineación de los componentes rotativos durante la instalación del ventilador, el motor y otros dispositivos de transmisión, se utiliza un marco de acero o una base de hormigón armado. A veces, el intento de ahorrar en la construcción del soporte conduce a la imposibilidad de mantener la alineación requerida de los componentes de la máquina. Esto es especialmente inaceptable cuando la vibración es sensible a los cambios de alineación, particularmente para máquinas compuestas por partes separadas conectadas por elementos de fijación metálicos.
La cimentación sobre la que se coloca la base también puede influir en la vibración del ventilador y del motor. Si la frecuencia natural de la cimentación está cerca de la frecuencia de rotación del ventilador o del motor, la cimentación resonará durante el funcionamiento del ventilador. Esto puede detectarse midiendo la vibración en varios puntos a lo largo de la cimentación, el piso circundante y los soportes del ventilador. A menudo, en condiciones de resonancia, el componente de vibración vertical supera significativamente al horizontal. La vibración puede amortiguarse haciendo la cimentación más rígida o aumentando su masa. Incluso si se eliminan el desbalance y la desalineación, permitiendo reducir las fuerzas de excitación, aún pueden existir precondiciones significativas de vibración. Esto significa que si el ventilador, junto con su soporte, está cerca de la resonancia, lograr valores de vibración aceptables requerirá un balanceo más preciso y una alineación de ejes más exacta que la típicamente requerida para tales máquinas. Esta situación es indeseable y debe evitarse aumentando la masa y/o la rigidez del soporte o del bloque de hormigón.
Guía de monitoreo de condición y diagnóstico de vibraciones
El principio principal del monitoreo de condición de vibración de máquinas (en lo sucesivo denominado condición) es observar los resultados de mediciones planificadas adecuadamente para identificar una tendencia de aumento en los niveles de vibración y considerarlo desde la perspectiva de problemas potenciales. El monitoreo es aplicable en situaciones donde el daño se desarrolla lentamente, y el deterioro de la condición del mecanismo se manifiesta a través de signos físicos medibles.
La vibración del ventilador, resultante del desarrollo de defectos físicos, puede monitorearse a ciertos intervalos, y cuando se detecta un aumento en el nivel de vibración, se puede aumentar la frecuencia de observación y realizar un análisis detallado de la condición. En este caso, las causas de los cambios de vibración pueden identificarse basándose en el análisis de la frecuencia de vibración, lo que permite determinar las medidas necesarias y planificar su implementación mucho antes de que el daño se vuelva grave. Por lo general, las medidas se consideran necesarias cuando el nivel de vibración aumenta 1.6 veces o en 4 dB en comparación con el nivel de referencia.
El programa de monitoreo de condición consta de varias etapas, que pueden formularse brevemente de la siguiente manera:
- a) identificar la condición del ventilador y determinar el nivel de vibración de referencia (puede diferir del nivel obtenido durante las pruebas de fábrica debido a diferentes métodos de instalación, etc.);
- b) seleccionar los puntos de medición de vibración;
- c) determinar la frecuencia de observación (medición);
- d) establecer el procedimiento de registro de información;
- e) determinar los criterios para evaluar el estado vibratorio del ventilador, los valores límite para la vibración absoluta y los cambios de vibración, resumir la experiencia de operación de máquinas similares.
Dado que los ventiladores típicamente operan sin problemas a velocidades que no se acercan a las críticas, el nivel de vibración no debería cambiar significativamente con ligeros cambios de velocidad o carga, pero es importante tener en cuenta que cuando el ventilador opera con velocidad de rotación variable, los valores límite de vibración establecidos se aplican a la velocidad de rotación operativa máxima. Si la velocidad de rotación máxima no puede alcanzarse dentro del límite de vibración establecido, esto puede indicar la presencia de un problema grave y requerir una investigación especial.
Algunas recomendaciones de diagnóstico proporcionadas en el Apéndice C se basan en la experiencia de operación de ventiladores y están destinadas a su aplicación secuencial al analizar las causas del aumento de vibración.
Para evaluar cualitativamente la vibración de un ventilador específico y determinar directrices para acciones posteriores, pueden utilizarse los límites de las zonas de condición de vibración establecidos por la norma ISO 10816-1.
Se espera que para ventiladores nuevos, sus niveles de vibración estén por debajo de los valores límite dados en la tabla 3. Estos valores corresponden al límite de la zona A de la condición de vibración según la norma ISO 10816-1. Los valores recomendados para los niveles de advertencia y parada se establecen basándose en el análisis de la información recopilada sobre tipos específicos de ventiladores.
INFORMACIÓN DE CUMPLIMIENTO
ESTÁNDARES INTERNACIONALES DE REFERENCIA UTILIZADOS COMO REFERENCIAS NORMATIVAS EN ESTE ESTÁNDAR
Tabla H.1
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Designación del Estándar Interestatal de Referencia
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Designación y Título del Estándar Internacional de Referencia y la Designación Condicional de su Grado de Cumplimiento con el Estándar Interestatal de Referencia
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GOST ISO 1940-1-2007
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ISO 1940-1:1986. Vibración. Requisitos para la Calidad de Balanceo de Rotores Rígidos. Parte 1. Determinación del Desbalance Permisible (IDT)
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GOST ISO 5348-2002
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ISO 5348:1999. Vibración y Choque. Montaje Mecánico de Acelerómetros (IDT)
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GOST ISO 7919-1-2002
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ISO 7919-1:1996. Vibración de Máquinas No Alternativas. Mediciones en Ejes Rotativos y Criterios de Evaluación. Parte 1. Directrices Generales (IDT)
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GOST ISO 10816-1-97
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ISO 10816-1:1995. Vibración. Evaluación de la Condición de la Máquina por Mediciones de Vibración en Partes No Rotativas. Parte 1. Directrices Generales (IDT)
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GOST ISO 10816-3-2002
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ISO 10816-3:1998. Vibración. Evaluación de la Condición de la Máquina por Mediciones de Vibración en Partes No Rotativas. Parte 3. Máquinas Industriales con una Potencia Nominal Superior a 15 kW y Velocidades Nominales de 120 a 15000 rpm, Mediciones In Situ (IDT)
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GOST 10921-90
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ISO 5801:1997. Ventiladores Industriales. Pruebas de Rendimiento Utilizando Conductos Estandarizados (NEQ)
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GOST 19534-74
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ISO 1925:2001. Vibración. Balanceo. Vocabulario (NEQ)
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GOST 24346-80
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ISO 2041:1990. Vibración y Choque. Vocabulario (NEQ)
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GOST 31322-2006 (ISO 8821:1989)
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ISO 8821:1989. Vibración. Balanceo. Directrices para la Consideración del Efecto del Cuñero al Balancear Ejes y Partes Ajustadas (MOD)
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GOST 31351-2007 (ISO 14695:2003)
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ISO 14695:2003. Ventiladores Industriales. Métodos de Medición de Vibración (MOD)
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Nota: En esta tabla se utilizan las siguientes designaciones condicionales del grado de cumplimiento del estándar: IDT – estándares idénticos;
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Categories: ImpulsoresEjemplo
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