Comprensión de la excentricidad de giro del eje en el análisis de vibraciones
Excentricidad de giro es el término general para las imperfecciones en un rotor que producen una señal de una vez por revolución (1×) incluso cuando el eje gira tan lentamente que las fuerzas dinámicas como desbalance son despreciables. Estrictamente, es la variación total de una superficie rotatoria respecto a un círculo perfecto, medida contra la verdadera línea central. El detalle que confunde a tantos analistas es que la excentricidad de giro se parece exactamente al desbalance en los vibración datos; sin embargo, no es un problema relacionado con la masa y no puede solucionarse mediante balanceo.
Como ambos fenómenos ocurren a 1× velocidad de operación, distinguirllos es una de las habilidades más importantes en el diagnóstico de rotores. Equivocarse desperdicia tiempo persiguiendo un balanceo que nunca convergerá; acertar significa corregir el defecto real o compensarlo de manera limpia antes de intentar un balanceo. Las secciones siguientes definen los dos tipos distintos de excentricidad de giro, explican por qué corrompen el diagnóstico y establecen la técnica estándar para eliminar su influencia.
1. Tipos de excentricidad de giro: una distinción crítica
Todo comienza separando las dos cosas fundamentalmente diferentes que puede significar la sola palabra «excentricidad de giro».
Excentricidad de giro mecánica
La excentricidad de giro mecánica es una imperfección física o geométrica real del eje: la superficie no es perfectamente redonda o no está perfectamente centrada en el eje de rotación. Las causas típicas incluyen:
- Falta de redondez: el muñón del eje es ligeramente ovalado o tiene otra forma defectuosa debido al mecanizado.
- Excentricidad: un componente como una polea, acoplamiento o engranaje está mecanizado o montado descentrado respecto a la línea central del eje.
- Eje curvado o arqueado: una flexión permanente hace que la superficie pase hacia adentro y hacia afuera frente a un punto fijo en cada revolución. Una versión transitoria relacionada, flexión térmica, aparece cuando la máquina se calienta y desaparece cuando se estabiliza.
Al ser una característica geométrica real, la excentricidad de giro mecánica puede medirse directamente con un indicador de carátula mientras el eje se gira lentamente a mano. La lectura total del indicador es el valor que se cita en los informes de inspección, y nuestra Calculadora de excentricidad de giro radial del eje (TIR) ayuda a relacionar esa lectura con una tolerancia permisible.
Juego eléctrico
La excentricidad de giro eléctrica no es un defecto de la forma del eje en absoluto, sino un artefacto de medición peculiar de las sondas de proximidad de corrientes de Foucault sin contacto. Estas sondas establecen un campo magnético de alta frecuencia e infieren la holgura a partir de cómo la superficie del eje lo carga. Si esa superficie tiene variaciones localizadas en sus propiedades magnéticas o eléctricas, la sonda informa una holgura fluctuante incluso cuando la distancia real entre el eje y la sonda es perfectamente constante. Sus causas son metalúrgicas y relacionadas con la superficie, en lugar de geométricas:
- Variaciones en la permeabilidad del material: un punto magnetizado localizado — a menudo el legado de haber apoyado un indicador de carátula de base magnética sobre el muñón — produce una señal 1× fuerte y persistente.
- Cambios en el acabado superficial: rayones, abolladuras o marcas de herramienta dentro del área de visión de la sonda.
- Composición del material inconsistente: variaciones en la aleación o la estructura metalúrgica del propio eje.
Lo crucial es que la excentricidad de giro eléctrica es invisible para un indicador de carátula — la geometría está bien —, sin embargo, es una fuente importante de error en la turbomáquina monitoreada según normas como API 670, donde las sondas de proximidad son los sensores principales.
2. Por qué la excentricidad de giro corrompe el diagnóstico y el balanceo
La señal de cualquiera de los dos tipos de excentricidad de giro se sitúa a 1× de la velocidad de giro — la misma frecuencia que el desbalance —, lo que crea dos problemas distintos para el analista.
- Se disfraza de desbalance: un pico 1× alto en el espectro invita a un diagnóstico de desbalance confiado pero erróneo, lo que provoca intentos de balanceo que son innecesarios y están condenados al fracaso porque no hay masa excesiva que corregir.
- Contamina un balanceo real: cuando hay desbalance genuino es presente, el vector de excentricidad de giro se suma a él. Cualquier intento honesto de balancear el rotor debe primero aislar la respuesta dinámica real, lo que significa medir el componente de excentricidad de giro y restarlo vectorialmente de la señal 1× total.
Por esta razón, un pico 1× por sí solo nunca resuelve el diagnóstico; confirmar un desbalance real frente a similares como la excentricidad de giro, desalineación, a rotor agrietado, o resonancia es el corazón de la vibración competente diagnóstico.
3. Compensación de la excentricidad de giro: el vector de giro lento
El remedio aceptado es compensación de excentricidad de giro, un paso esencial en el análisis de cualquier máquina instrumentada con sondas de proximidad. Se lleva a cabo en tres etapas:
- Giro lento: la máquina se hace funcionar a una velocidad deliberadamente baja —típicamente 200–500 rpm— donde las fuerzas centrífugas del desbalance son insignificantes, por lo que casi toda la señal de 1× es excentricidad de giro.
- Medir el vector de giro lento: el vector de vibración de 1× (amplitud y fase) capturado a esta velocidad se registra como el vector de “giro lento” o “excentricidad de giro”.
- Restar el vector: ese vector de giro lento almacenado se resta vectorialmente del vector de vibración de 1× medido a la velocidad de operación completa.
Lo que queda es el vector de 1× compensado por excentricidad de giro, que representa el movimiento dinámico real del eje debido al desbalance y otras fuerzas rotorodinámicas. Este valor compensado —no la lectura cruda— es lo que debe guiar el diagnóstico y el cálculo de pesos de corrección.
4. Medición y compensación en campo
El mismo principio se aplica al trabajo portátil, incluso en máquinas que usan acelerómetros en lugar de sondas instaladas permanentemente. Una buena práctica antes de un balanceo en campo es verificar la excentricidad de giro mecánica con un indicador de reloj y comprobar el eje en busca de magnetismo residual, descartando los falsos positivos antes de agregar cualquier masa de prueba. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y fase de 1× en las que se basa un balanceo, y capturar una referencia de giro lento donde la máquina lo permita permite al analista confirmar que la respuesta de 1× realmente crece con la velocidad —la firma del desbalance real— en lugar de permanecer fija, lo que señalaría directamente hacia la excentricidad de giro.
