Balanceo de rotores en tornos: una solución rentable para mejorar la calidad del producto
En la fabricación moderna, donde la calidad del producto es de suma importancia, balanceo de rotores se convierte en una parte esencial del proceso tecnológico. Sin embargo, la compra de equipos especializados de balanceo puede ser costosa para las pequeñas y medianas empresas. En este artículo, exploramos la posibilidad de utilizar tornos para rotor el balanceo, lo que puede reducir significativamente los costos de los equipos y mejorar la eficiencia de la producción.
El torno como herramienta para el balanceo
El torno, debido a su diseño y funcionalidad, puede utilizarse con éxito para balancear rotores de diversos tipos y tamaños. La principal ventaja de este enfoque es el ahorro de costos, ya que no es necesario adquirir equipo especializado costoso. Además, el uso de un torno permite realizar el balanceo directamente durante el proceso de fabricación del rotor, lo que acorta el tiempo de producción y mejora la calidad del producto.
Preparación para el balanceo
Antes de iniciar el proceso de balanceo, se deben tomar varias medidas preparatorias:
- Elección del torno adecuado: El torno debe tener suficiente rigidez y precisión para garantizar un montaje confiable del rotor y mediciones de vibración precisas.
- Instalación del sistema de medición: Para medir la vibración del rotor vibración en el torno, se puede utilizar un balanceador portátil como el Balanset-1A Balanset-1A. Incluye sensores de vibración, un tacómetro tacómetro, y software para el análisis de datos y el cálculo de masas correctivas.
- Dealing with the spindle’s own unbalance: No es necesario balancear el husillo del torno en sí. Haga funcionar el torno solo con el mandril (rotor retirado) y registre el vector de vibración: esa es la línea base aportada por el husillo y el mandril. Si es una fracción significativa de la lectura del rotor, réstela, o — mejor aún — use la corrida de índice a 180° (la función “Mandrel eccentricity elimination”, “F7 - Run Ecc”), que separa automáticamente todo lo que no gira con el rotor.
- Emparejar el rotor con la máquina, no con el husillo: Lo que importa es que la fuerza de desbalance del rotor produzca una respuesta medible en los alojamientos de los rodamientos. Un torno pesado y rígido responde muy poco por gramo de desbalance, por lo que en un rotor muy ligero la señal desaparece en el ruido, mientras que un rotor muy pesado puede exceder la carga nominal del mandril o de los rodamientos. En la práctica, verifique que un peso de prueba correctamente dimensionado produzca un cambio de amplitud y fase limpio y repetible antes de confiar en cualquier coeficiente de influencia.
- Verificación del descentramiento (runout) de la cubierta de hule antes de balancear: En un eje engomado, el desbalance de masa y el runout geométrico del recubrimiento son dos defectos diferentes. El balanceo cancela la fuerza 1×; no puede hacer redondo un recubrimiento excéntrico u ovalado. Coloque un indicador de carátula contra la superficie recubierta y gire el eje a mano: si el runout total indicado excede la tolerancia del producto, primero rectifique o torneé el recubrimiento de forma concéntrica — en el mismo torno — y solo después balancee. Un eje que está balanceado pero que aún presenta runout seguirá produciendo bandas de calibre, rayas y variación de presión de pellizco sin importar qué tan baja llegue la lectura de vibración.
En este artículo, detallaré nuestra experiencia y metodología en el balanceo dinámico de ejes recubiertos de caucho en un torno – una solución de la cual, lo admito, al principio fui escéptico debido a la rigidez inherente y el peso considerable de ese tipo de maquinaria. Sorprendentemente, la operación se ejecutó sin problemas, logrando el grado de calidad de balanceo G 6.3 (ISO 21940-11, anteriormente ISO 1940-1).
Proceso de balanceo de rotores en un torno en teoría
El proceso de balanceo de rotores en un torno implica los siguientes pasos:
Fijación del rotor
El rotor se monta de forma segura en el mandril del torno o sobre centros para garantizar la estabilidad durante el proceso de balanceo.
Instalación de sensores
Coloque un sensor de vibración por plano de corrección — uno en el alojamiento del rodamiento del cabezal y otro en el contrapunto o el alojamiento de la luneta — en dirección radial, lo más cerca posible del rodamiento, sobre una superficie metálica maquinada limpia mediante una base magnética. No monte los sensores en la bancada del torno, el delantal o una guarda: ahí la señal 1× está atenuada y dominada por la estructura. Pegue la cinta reflectante sobre una cara metálica (el extremo del eje o el mandril), no sobre el recubrimiento de hule, y apunte el tacómetro láser perpendicular a ella.
Medición de la vibración inicial
El nivel de vibración inicial se mide a la velocidad que usará para todo el trabajo. Todas las carreras — Run 0, las carreras de prueba y la carrera de ajuste — deben hacerse a la misma velocidad, porque los coeficientes de influencia solo son válidos para la velocidad a la que se midieron.
Tomando en Cuenta la Excentricidad (inmediatamente después de Run 0)
Fijación y mandril excentricidad agrega un vector a la lectura de Run 0 que no es desbalance, y corregirlo sería incorrecto. Trátelo antes del peso de prueba, no después: marque la casilla “Mandrel eccentricity elimination” en el software del Balanset-1A, complete Run 0, luego gire el rotor 180° en el dispositivo de fijación y presione “F7 - Run Ecc”. El software toma la semisuma vectorial como la excentricidad y la semidiferencia vectorial como el desbalance real, y solo entonces desbloquea la corrida de prueba. Hacer esto después de que los pesos de corrección ya estén soldados significa recalcularlos y rehacerlos.
¿Qué tan grande debe ser un peso de prueba?
Un punto de partida seguro es un peso cuyo la fuerza centrífuga se mantiene dentro del 5–10% del peso del rotor. Como fórmula:
mtrial = k · M · g / (R · ω²), k = 0.05–0.10
donde M es la masa del rotor (kg), g = 9.81 m/s², R es el radio de montaje del peso (m), y ω = 2π·RPM/60 (rad/s). Ejemplo: un rotor de 50 kg a 3,000 rpm con el peso en R = 0.2 m da m ≈ 0.07·50·9.81/(0.2·314²) ≈ 1.7 g — gramos, no cientos de gramos. Eso parece sorprendentemente poco para un rotor de 50 kg, pero revise la fuerza: a 3,000 rpm esos 1.7 g ya generan F = m·R·ω² ≈ 34 N — cerca del 7% del peso del rotor. Empezar pequeño es justamente la idea: aumentar después es barato, mientras que un peso sobredimensionado representa una carga real sobre los rodamientos y las soldaduras. La misma verificación de fuerza funciona a la inversa para cualquier peso que esté por atornillar.
You don’t have to compute this by hand: the Balanset software includes a Estimador del Primer Peso de Prueba que recomienda tanto la masa como el ángulo inicial a partir de los datos de su rotor, y un Bump Test para verificar que no está trabajando cerca de una frecuencia natural.
Un buen peso de prueba cambia la lectura en al menos 20–30% en amplitud o 20–30° en fase. Si la respuesta es menor, aumente el peso de forma gradual — nunca salte directamente a un peso pesado “para ver que pase algo.”
Instalación de un Peso de Prueba
A peso de prueba de masa conocida se instala en el rotor, y se mide la vibración nuevamente. Para el balanceo en dos planos, esto se hace en cada plano por turno — una carrera de prueba con el peso en el plano 1 (Run 1), luego una carrera de prueba con el peso en el plano 2 (Run 2) — para que el software pueda medir la influencia de cada plano de corrección por separado.
Cálculo de masas correctivas
El software del Balanset-1A analiza los resultados de la medición y calcula las masas correctivas necesarias y sus ángulos de colocación.
Corrección de la masa del rotor
Dependiendo del diseño del rotor y de las capacidades del torno, la corrección de masa puede realizarse mediante taladrado, fresado, soldadura u otros métodos.
Verificación del balanceo
Después de realizar las correcciones, se lleva a cabo una medición de control de vibración. El proceso se repite si es necesario hasta alcanzar el nivel de balanceo requerido.
Balanceo Dinámico en la Práctica
- Frecuencia de rotación: Típicamente, la velocidad de rotación de trabajo de estos ejes varía entre 300 y 500 revoluciones por minuto (rpm). En este caso particular, realizamos el balanceo a 550 rpm.
- Configuración: El eje cauchutado se montó en el torno, seguido de la colocación estratégica de los sensores, como se muestra en las fotografías adjuntas.
Balanceo dinámico en campo de ejes cauchutados utilizando un torno
Balanceo dinámico de ejes cauchutados
- Lecturas iniciales de vibración: Antes del balanceo, las inicial las lecturas de vibración se ubicaron en 9 mm/s y 17 mm/s.
- Corridas de Prueba: Un trabajo de dos planos necesita una corrida de prueba en cada plano por turno — Run 1 con el peso en el plano 1, luego Run 2 con el peso en el plano 2. Se soldó un peso de prueba de 340 gramos; alteró la vibración y fase las lecturas en aproximadamente 10%. Trate una respuesta así como el mínimo absoluto: para una medición clara y confiable normalmente buscamos un peso de prueba que desplace el vector de vibración entre 25–50%, pero un torno pesado y rígido responde muy poco por gramo de masa de prueba.
- Ajustes de balanceo: Después de las corridas de prueba con el peso de prueba, nuestro instrumento Balanset-1A indicó la necesidad de agregar 3100 gramos en un lado del eje y 4300 gramos en el otro, correspondientes a correcciones en dos planos de corrección. Después de estos ajustes, los niveles de vibración disminuyeron a 2 mm/s y 4 mm/s.
Balanceo dinámico en campo de ejes cauchutados utilizando un torno
Balanceo dinámico en campo de ejes cauchutados utilizando un torno
- Ajuste fino: Para optimizar aún más los resultados, procedimos a agregar pesos de 400 gramos y 700 gramos. Posteriormente, se ejecutó otra ronda de ajuste fino agregando 200 gramos y 400 gramos. Debido a las limitaciones de espacio, los pesos se soldaron uno encima del otro. Finalmente, estos pesos temporales se sustituyeron por contrapesos cortados con precisión, estéticamente agradables, fabricados específicamente para este eje. Las lecturas finales de vibración fueron un impresionante 0.1 mm/s en ambos planos (una cifra redondeada — por debajo de 1 mm/s el propio instrumento muestra lecturas con tres decimales).
Balanceo dinámico en campo de ejes cauchutados utilizando un torno
Balanceo dinámico en campo de ejes cauchutados utilizando un torno
Balanceo dinámico en campo de ejes cauchutados utilizando un torno
Ventajas del balanceo de rotores en tornos
Rentabilidad
El uso de un torno para el balanceo evita el gasto de adquirir equipos especializados de balanceo.
Comodidad
El balanceo puede realizarse directamente durante el proceso de fabricación del rotor, reduciendo el tiempo de producción.
Alta calidad
Los balanceadores portátiles modernos, como el Balanset-1A, ofrecen una alta precisión de balanceo, lo que permite bajos niveles de vibración y una mejor calidad del producto.
Conclusión
El balanceo de rotores en tornos es una solución eficaz y económica para las empresas que buscan mejorar la calidad del producto y reducir los costos de producción. El uso de balanceadores portátiles como el Balanset-1A hace que este proceso sea simple y accesible, incluso para pequeños talleres.
Recordatorios importantes
- Para obtener los mejores resultados, se recomienda utilizar instrumentos de medición de alta calidad y seguir estrictamente el procedimiento de balanceo. Puede estimar el desbalance residual desbalance residual permisible para su rotor con nuestra.
El balanceo de rotores en tornos es un paso hacia el futuro de su producción, que se paga a través de una mejor calidad del producto, costos reducidos y una mayor competitividad de su negocio.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko es ingeniero en análisis de vibraciones y fundador y director general de Vibromera. Desde hace más de 15 años balancea equipos rotativos en campo y no en un banco de pruebas: desbrozadoras, ventiladores industriales, trituradoras, centrífugas, ejes y husillos. De ese trabajo nacieron los instrumentos Balanset — se concibieron como una herramienta que el especialista puede llevar hasta la máquina y usar solo, en sitio, y no como equipo de laboratorio. Vibromera se fundó en 2017 y desde 2023 tiene su sede en Oporto, Portugal. Aquí se realizan el desarrollo, el ensamblaje y el soporte de la línea Balanset. El instrumento insignia es el Balanset-1A, un analizador portátil para el balanceo en uno y dos planos y para el diagnóstico de vibraciones. Nikolai participa personalmente en la atención al cliente, en la resolución de casos difíciles de balanceo y en el desarrollo del software. Trabaja con clientes de todo el mundo, en cualquier idioma.
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