Equilibrado de ventiladores

Publicado por Nikolai Shelkovenko en

Equilibradora portátil y analizador de vibraciones Balanset-1A

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Equilibrado de ventiladores

(Información utilizada de ISO 31350-2007 VIBRACIÓN. VENTILADORES INDUSTRIALES. REQUISITOS PARA LA VIBRACIÓN PRODUCIDA Y CALIDAD DE EQUILIBRADO)

La 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, el deterioro de su estado técnico, etc. Por este motivo, la vibración del ventilador suele medirse durante las pruebas de aceptación, durante la instalación antes de la puesta en marcha, así como al realizar un programa de supervisión del estado de la máquina. Los datos de vibración del ventilador también se utilizan en el diseño de sus sistemas de soporte y conexión (conductos). Las mediciones de las vibraciones suelen realizarse con los puertos de aspiración y descarga abiertos, pero debe tenerse en cuenta 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.
Las normas ISO 10816-1-97, ISO 10816-3-2002 e ISO 31351-2007 establecen métodos de medición y definen la ubicación de los sensores de vibraciones. Si las mediciones de vibraciones 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 las vibraciones de los ventiladores pueden ser caras y, en ocasiones, su coste supera con creces el coste de fabricación del propio producto. Por lo tanto, cualquier restricción de los valores de los componentes discretos individuales de vibración o de los parámetros de vibración en bandas de frecuencia sólo debe introducirse cuando la superación de estos valores indique un mal funcionamiento del ventilador. El número de puntos de medición de las vibraciones también debe limitarse en función del uso previsto de los resultados de la medición. Por lo general, basta con medir las vibraciones en los soportes del ventilador para evaluar su estado vibratorio.
La base es sobre lo que se monta el ventilador y lo que le proporciona el apoyo necesario. 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: Sistema de soporte de un ventilador diseñado para que la primera frecuencia natural del soporte sea significativamente inferior a la frecuencia rotacional de funcionamiento del ventilador. Al determinar el grado de conformidad del soporte, deben tenerse en cuenta las inserciones elásticas entre el ventilador y la estructura de soporte. La conformidad del soporte se garantiza suspendiendo el ventilador sobre muelles o colocando el soporte sobre elementos elásticos (muelles, aislantes de goma, etc.). La frecuencia natural del sistema de suspensión - ventilador suele ser inferior a 25% de la frecuencia correspondiente a la velocidad de rotación mínima del ventilador ensayado.
  • soporte rígido: Sistema de soporte de un ventilador diseñado para que la primera frecuencia natural del soporte sea significativamente superior a la frecuencia rotacional 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 soporte y la vibración de la base caracteriza la influencia de la rigidez de la base. La base puede considerarse rígida y suficientemente maciza si la amplitud de la vibración de la base (en cualquier dirección) cerca de los pies de la máquina o del bastidor de soporte es inferior a 25% del resultado máximo de la medición de la vibración obtenido en el soporte de rodamiento más cercano (en cualquier dirección).
Dado que la masa y la rigidez de la base provisional sobre la que se instala el ventilador durante las pruebas en fábrica pueden diferir significativamente de las condiciones de instalación en el lugar de funcionamiento, los valores límite de las condiciones de fábrica se aplican a la vibración de banda estrecha en la gama de frecuencias de rotación, y para las pruebas in situ del ventilador, a la vibración de banda ancha, que determina el estado vibratorio global de la máquina. El lugar de funcionamiento es el lugar de instalación final del ventilador, para el que se definen las condiciones de funcionamiento.
Categorías de ventiladores (categorías BV)
Los ventiladores se clasifican en función de las características de su uso previsto, las clases de precisión de equilibrado y los valores límite de los parámetros de vibración recomendados. El diseño y la finalidad del ventilador son criterios que permiten clasificar muchos tipos de ventiladores en función de los valores de desequilibrio y los niveles de vibración aceptables (categorías BV).
La tabla 1 presenta las categorías a las que pueden atribuirse los ventiladores en función de sus condiciones de aplicación, teniendo en cuenta los valores de desequilibrio y los niveles de vibración admisibles. La categoría del ventilador la determina el fabricante.

Tabla 1 - Categorías de ventiladores

Condiciones de aplicación Ejemplos Consumo de energía, kW Categoría BV
Espacios residenciales y de oficinas Ventiladores de techo y de ático, Aire acondicionado 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, cintas transportadoras, calderas, túneles de viento, sistemas de limpieza de gases ≤ 300 BV-3
> 300 véase ISO 10816-3
Transporte, incluidos los buques marítimos Abanicos en locomotoras, camiones y vagones ≤ 15 BV-3
> 15 BV-4
Túneles Ventiladores para metros, túneles y garajes ≤ 75 BV-3
> 75 BV-4
Cualquier 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 blancas Cualquier BV-5
Notas
1 Esta norma sólo tiene en cuenta los ventiladores de potencia inferior a 300 kW. La evaluación de las vibraciones de los ventiladores de mayor potencia se realiza de acuerdo con la norma ISO 10816-3. Sin embargo, los motores eléctricos de serie estándar pueden tener una potencia nominal de hasta 355 kW. Los ventiladores con este tipo de motores eléctricos deben aceptarse de acuerdo con esta norma.
2 La tabla 1 no se aplica a los ventiladores axiales ligeros de gran diámetro (normalmente de 2800 a 12500 mm) y baja velocidad utilizados en intercambiadores de calor, torres de refrigeración, etc. La clase de precisión de equilibrado para estos ventiladores debe ser G16, y la categoría de ventilador - BV-3.
Cuando se adquieren elementos individuales del rotor (ruedas o rodetes) para su posterior instalación en el ventilador, debe tenerse en cuenta la clase de precisión de equilibrado de estos elementos (véase la tabla 2), y cuando se adquiere el ventilador en su conjunto, también deben considerarse los resultados de las pruebas de vibración en fábrica (tabla 4) y las vibraciones in situ (tabla 5). Normalmente, estas características están consensuadas, por lo que la elección del ventilador puede hacerse en función de su categoría BV.
La categoría establecida en la tabla 1 es la 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 equilibrado y los niveles de vibración aceptables en el contrato de suministro del equipo.
Se puede llegar a un acuerdo por separado entre el cliente y el fabricante sobre las condiciones de instalación del ventilador, de modo que los ensayos en fábrica del ventilador montado tengan en cuenta las condiciones de instalación previstas en el lugar de funcionamiento. En ausencia de dicho acuerdo, no existen restricciones sobre el tipo de base (rígida o conforme) para los ensayos en fábrica.

Equilibrado de ventiladores

Disposiciones generales
El fabricante del ventilador es responsable de equilibrar los ventiladores de acuerdo con el documento normativo pertinente. Esta norma se basa en los requisitos de la norma ISO 1940-1. El equilibrado se suele realizar en máquinas equilibradoras de alta sensibilidad, especialmente diseñadas para permitir una evaluación precisa del desequilibrio residual.
Clases de precisión de equilibrado de ventiladores
Las clases de precisión de equilibrado para ruedas de ventilador se aplican de acuerdo con la tabla 2. El fabricante del ventilador puede realizar el equilibrado para varios elementos de montaje, que pueden incluir, además de la rueda, el eje, el acoplamiento, la polea, etc. Además, puede ser necesario equilibrar elementos de montaje individuales.

Tabla 2 - Clases de precisión de equilibrado

Categoría de ventiladores
Clase de precisión de equilibrado del rotor (rueda)
BV-1
G16
BV-2
G16
BV-3
G6.3
BV-4
G2.5
BV-5
G1.0
Nota: Los ventiladores de la categoría BV-1 pueden incluir ventiladores de pequeño tamaño con un peso inferior a 224 g, para los que es difícil mantener la precisión de equilibrado especificada. En este caso, la tecnología de fabricación debe garantizar la uniformidad de la distribución de la masa en relación con el eje de rotación del ventilador.

Medición de la vibración del ventilador

Requisitos de medición
Disposiciones generales
Las figuras 1 - 4 muestran algunos puntos y direcciones de medición posibles en cada cojinete de ventilador. Los valores indicados 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, tanto para las pruebas en fábrica como para las mediciones in situ, se determinan a discreción del fabricante o por acuerdo con el cliente. Se recomienda medir en los cojinetes del eje de la rueda del ventilador (rodete). Si esto no es posible, el sensor debe instalarse en un lugar donde se garantice la conexión mecánica más corta entre él y el cojinete. El sensor no debe montarse en paneles sin soporte, la carcasa del ventilador, elementos del recinto u otros lugares que no estén conectados directamente con el cojinete (los resultados de estas mediciones pueden utilizarse, pero no para evaluar el estado vibratorio del ventilador, sino para obtener información sobre la vibración transmitida al conducto o a la base - véanse las normas ISO 31351 e ISO 5348.
Figura 1. Ubicación de un sensor de tres coordenadas para un ventilador axial montado horizontalmente
Figura 2. Ubicación de un sensor de tres coordenadas para un ventilador radial de aspiración simple
Figura 3. Ubicación de un sensor de tres coordenadas para un ventilador radial de doble aspiración
Figura 4. Ubicación de un sensor de tres coordenadas para un ventilador axial montado verticalmente
Las mediciones en dirección horizontal deben realizarse en ángulo recto con respecto al eje del ventilador. Las mediciones en dirección vertical deben realizarse en ángulo recto con respecto a la dirección de medición horizontal y perpendicularmente al eje del ventilador. Las mediciones en dirección longitudinal deben realizarse paralelamente al eje del ventilador.
Mediciones con sensores de inercia
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 alojamiento del rodamiento.
Los sensores utilizados pueden ser acelerómetros o sensores de velocidad. Debe prestarse especial atención a la correcta fijación de los sensores: sin huecos en la superficie de apoyo, 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 de los sensores y la calibración del sistema de medición no debe superar +/- 10% del valor medido.
Mediciones con sensores sin contacto
Mediante acuerdo entre el usuario y el fabricante, pueden establecerse requisitos para el desplazamiento máximo admisible del eje (véase ISO 7919-1) dentro de los cojinetes de deslizamiento. Las mediciones correspondientes pueden realizarse utilizando sensores sin contacto.
En este caso, el sistema de medición determina el desplazamiento de la superficie del eje con respecto al alojamiento del cojinete. Es obvio que la amplitud admisible de los desplazamientos no debe superar el valor del juego del rodamiento. El valor del juego depende del tamaño y del tipo de rodamiento, de la carga (radial o axial) y de la dirección de medición (algunos diseños de rodamientos tienen un agujero elíptico, por lo que el juego en la dirección horizontal es mayor que en la dirección vertical). La variedad de factores que deben tenerse en cuenta no permite establecer límites uniformes de desplazamiento del eje, pero en la tabla 3 se presentan algunas recomendaciones. Los valores indicados en esta tabla representan un porcentaje del valor total del juego radial del rodamiento en cada dirección.
Tabla 3 - Desplazamiento relativo máximo del eje dentro del rodamiento
Estado vibratorio del ventilador Desplazamiento máximo recomendado, porcentaje del valor de holgura (en cualquier eje)
Puesta en servicio/Estado satisfactorio Menos de 25%
Advertencia +50%
Cierre +70%
1) Los valores de juego radial y axial para un rodamiento específico deben obtenerse de su proveedor.
Los valores indicados tienen en cuenta los "falsos" desplazamientos de la superficie del eje. Estos "falsos" desplazamientos aparecen en los resultados de la medición porque, además de la vibración del eje, las excentricidades mecánicas también afectan a estos resultados si el eje está doblado o tiene una forma no redonda. Cuando se utiliza un sensor sin contacto, los resultados de la medición también incluyen desviaciones eléctricas determinadas por las propiedades magnéticas y eléctricas del material del eje en el punto de medición. Se considera que durante la puesta en servicio y el posterior funcionamiento normal del ventilador, el intervalo de la suma de las excentricidades mecánicas y eléctricas en el punto de medición no debe superar el mayor de dos valores: 0,0125 mm o 25% del valor de desplazamiento medido. Las excentricidades se determinan haciendo girar lentamente el eje (a una velocidad de 25 a 400 rpm), cuando el efecto de las fuerzas causadas por el desequilibrio en el rotor es despreciable. Para cumplir la tolerancia de excentricidad establecida, puede ser necesario un mecanizado adicional del eje. Los sensores sin contacto deben montarse, si es posible, directamente en el alojamiento del rodamiento.
Los valores límite indicados sólo se aplican a un ventilador que funcione en su modo nominal. Si el diseño del ventilador permite el funcionamiento con velocidad de giro variable, es posible que los niveles de vibración sean más elevados a otras velocidades debido a la inevitable influencia de las resonancias.
Si el diseño del ventilador permite cambiar la posición de los álabes en relación con el flujo de aire en el orificio de admisión, los valores dados deben aplicarse para condiciones con los álabes totalmente abiertos. Debe tenerse en cuenta que el estancamiento del flujo de aire, especialmente perceptible a grandes ángulos de las aspas en relación con el flujo de aire de admisión, puede provocar un aumento de los niveles de vibración.

Sistema de soporte del ventilador

El estado vibratorio de los ventiladores tras su instalación se determina teniendo en cuenta la rigidez del soporte. Un soporte se considera rígido si la primera frecuencia natural del sistema "ventilador - soporte" supera la velocidad de rotación. Normalmente, cuando se monta sobre grandes cimientos de hormigón, el soporte puede considerarse rígido, y cuando se monta sobre aisladores de vibraciones, conforme. Un bastidor de acero, utilizado a menudo para montar ventiladores, puede pertenecer a cualquiera de los dos tipos de soporte. En caso de duda sobre el tipo de soporte del ventilador, se pueden realizar 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 la vibración admisible del ventilador durante las pruebas de fábrica

Los niveles límite de vibración indicados en la tabla 4 se aplican a ventiladores montados. Se refieren a las mediciones de la velocidad de vibración de banda estrecha en los soportes de rodamientos para la frecuencia de rotación utilizada durante las pruebas en fábrica.
Tabla 4 - Valores límite de vibración durante los ensayos en fábrica
Categoría de ventiladores Límite RMS Velocidad de vibración, mm/s
Soporte rígido Asistencia conforme
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 de conversión de las unidades de velocidad de vibración en unidades de desplazamiento o aceleración para las vibraciones 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 giro nominal del ventilador funcionando en el modo con álabes guía de entrada abiertos. Los valores límite para otras condiciones de carga deben acordarse entre el fabricante y el cliente, pero se recomienda que no superen los valores tabulados en más de 1,6 veces.

Límites de las vibraciones admisibles de los ventiladores durante las pruebas in situ

La vibración de cualquier ventilador en el lugar de funcionamiento no sólo depende de su calidad de equilibrado. También influyen factores relacionados con la instalación, como la masa y la rigidez del sistema de soporte. Por lo tanto, el fabricante del ventilador no es responsable del nivel de vibración del ventilador en su lugar de funcionamiento a menos que se especifique en el contrato.
En la tabla 5 se indican los valores límite recomendados (en unidades de velocidad de vibración para vibraciones de banda ancha en los soportes de rodamientos) para el funcionamiento normal de ventiladores de diversas categorías.

Tabla 5 - Valores límite de vibración en el emplazamiento de explotación

Estado vibratorio del ventilador Categoría de ventiladores Límite RMS Velocidad de vibración, mm/s
Soporte rígido Asistencia conforme
Puesta en servicio 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
Cierre 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 de los ventiladores de las categorías BV-1 y BV-2 se establece sobre la base de un análisis a largo plazo de los resultados de la medición de las vibraciones.
La vibración de los ventiladores nuevos que se pongan en servicio no debe superar el nivel de "puesta en servicio". A medida que el ventilador funciona, se espera que su nivel de vibración aumente debido a los procesos de desgaste y al efecto acumulativo de los factores que influyen. Por lo general, este aumento de las vibraciones es natural y no debe ser motivo de preocupación hasta que alcance el nivel de "advertencia".
Al alcanzar el nivel de vibración de "advertencia", es necesario investigar las causas del aumento de las vibraciones y determinar medidas para reducirlas. El funcionamiento del ventilador en este estado debe someterse a una supervisión constante y limitarse al tiempo necesario para determinar las medidas que permitan eliminar las causas del aumento de las vibraciones.
Si el nivel de vibraciones alcanza el nivel de "desconexión", deben tomarse inmediatamente medidas para eliminar las causas del aumento de las vibraciones; de lo contrario, debe pararse el ventilador. Retrasar la reducción del nivel de vibración a un nivel aceptable puede provocar daños en los cojinetes, grietas en el rotor y en los puntos de soldadura de la carcasa del ventilador y, en última instancia, la destrucción del ventilador.
Al evaluar el estado vibratorio del ventilador, es esencial controlar los cambios en los niveles de vibración a lo largo del tiempo. Un cambio repentino en el nivel de vibración indica la necesidad de inspeccionar inmediatamente el ventilador y adoptar medidas de mantenimiento. Al supervisar los cambios de vibración, no deben tenerse en cuenta los procesos transitorios causados, por ejemplo, por la sustitución del lubricante o los procedimientos de mantenimiento.

La influencia del procedimiento de asamblea

Además de las ruedas, los ventiladores incluyen otros elementos giratorios que pueden afectar al nivel de vibración del ventilador: poleas de transmisión, correas, acoplamientos, rotores de motor u otros dispositivos de accionamiento. Si las condiciones del pedido requieren el suministro del ventilador sin dispositivo de accionamiento, puede resultar poco práctico para el fabricante realizar pruebas de montaje para determinar los niveles de vibración. En tal caso, aunque el fabricante haya equilibrado la rueda del ventilador, no hay certeza de que el ventilador funcione sin problemas hasta que el eje del ventilador se conecte al accionamiento y se compruebe la vibración de toda la máquina durante la puesta en marcha.
Normalmente, tras el montaje, es necesario un equilibrado adicional para reducir el nivel de vibraciones a un nivel aceptable. Para todos los ventiladores nuevos de las categorías BV-3, BV-4 y BV-5, se recomienda medir las vibraciones de la máquina montada antes de la puesta en servicio. De este modo se establecerá una línea de base y se esbozarán las medidas de mantenimiento posteriores.
Los fabricantes de ventiladores no son responsables del impacto sobre las vibraciones de las piezas de accionamiento instaladas después de las pruebas en fábrica.

Herramientas de medición de vibraciones y calibración

Herramientas de medición
Las herramientas de medición y las máquinas equilibradoras utilizadas deben verificarse y cumplir los requisitos de la tarea. El intervalo entre verificaciones viene determinado por 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 periodo de comprobación.
El personal que trabaje con los instrumentos de medición debe tener las competencias y la experiencia suficientes para detectar posibles fallos de funcionamiento y el deterioro de la calidad de los instrumentos de medición.
Calibración
Todas las herramientas de medición deben calibrarse 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 correctoras utilizadas para determinar el desequilibrio residual según la norma ISO 1940-1 también pueden utilizarse para calibrar los instrumentos de medición.

Documentación

Equilibrio
A petición del cliente, si así lo estipulan las condiciones del contrato, se le puede facilitar un informe de la prueba de equilibrado del ventilador, en el que se recomienda incluir la siguiente información:
- Nombre del fabricante de la equilibradora, número de modelo;
- Tipo de instalación del rotor: entre soportes o en voladizo;
- Método de equilibrado: estático o dinámico;
- Masa de las piezas giratorias del conjunto rotor;
- Desequilibrio residual en cada plano de corrección;
- Desequilibrio residual admisible en cada plano de corrección;
- Clase de precisión de equilibrio;
- Criterios de aceptación: aceptado/rechazado;
- Certificado de equilibrado (si es necesario).
Vibración
A petición del cliente, si así lo estipulan las condiciones del contrato, se le puede facilitar un informe de la prueba de vibración del ventilador, en el que se recomienda incluir la siguiente información:
- Herramientas de medición utilizadas;
- Método de fijación del sensor de vibraciones;
- Parámetros de funcionamiento del ventilador (caudal de aire, presión, potencia);
- Frecuencia de rotación del ventilador;
- Tipo de soporte: rígido o conforme;
- Vibración medida:
1) Posiciones de los sensores de vibración y ejes de medición,
2) Unidades de medida y niveles de referencia de las vibraciones,
3) Gama de frecuencias de medición (banda de frecuencias estrecha o ancha);
- 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 EQUILIBRADO DE VENTILADORES EN UNA MÁQUINA EQUILIBRADORA

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 montaje, debe equilibrarse siguiendo la misma regla para tener en cuenta el efecto de chavetero que para el eje del motor.
Los motores de años anteriores podían equilibrarse utilizando un chavetero completo. En la actualidad, los ejes de motor se equilibran utilizando un chavetero medio, según lo prescrito por la norma ISO 31322, y se marcan con la letra H (véase ISO 31322).
B.1.2. Motores equilibrados con chavetero completo
La rueda del ventilador, montada en el eje del motor equilibrado con chavetero completo, debe equilibrarse sin chaveta en un árbol cónico.
B.1.3. Motores equilibrados con un semicorrector
Para la rueda del ventilador montada en el eje del motor equilibrado con media chaveta, son posibles las siguientes opciones:
a) si la rueda tiene un buje de acero, corte un chavetero en él después del equilibrado;
b) equilibrar sobre un árbol cónico con una media chaveta insertada en el chavetero;
c) equilibrar en un árbol con uno o varios chaveteros (véase B.3), utilizando chavetas completas.
B.2. Ventiladores accionados por otro eje
Siempre que sea posible, todos los elementos giratorios, incluidos el eje del ventilador y la polea, deben equilibrarse como una sola unidad. Si esto no es factible, el equilibrado debe realizarse en un árbol (véase B.3) utilizando la misma regla de contabilización de chaveteros que para el eje.
B.3. Arbor
El árbol sobre el que se monta la rueda del ventilador durante el equilibrado debe cumplir los siguientes requisitos:
a) ser lo más ligero posible;
b) estar en un estado equilibrado, garantizado por un mantenimiento adecuado e inspecciones periódicas;
c) ser preferiblemente cónico para reducir los errores asociados a la excentricidad, resultantes de las tolerancias de las dimensiones del agujero del cubo y del árbol. Si el árbol es cónico, la posición real de los planos de corrección con respecto a los rodamientos debe tenerse en cuenta en los cálculos del desequilibrio.
Si es necesario utilizar un árbol cilíndrico, debe tener un chavetero en el que se inserte una chaveta completa para transmitir el par del árbol a la rueda del ventilador.
Otra opción es cortar dos chaveteros en extremos opuestos del diámetro del eje, lo que permite utilizar el método de equilibrado inverso. Este método implica los siguientes pasos. En primer lugar, mida el desequilibrio de la rueda introduciendo una chaveta entera en un chavetero y media chaveta en el otro. A continuación, gire la rueda 180° con respecto al eje y vuelva a medir su desequilibrio. La diferencia entre los dos valores de desequilibrio se debe al desequilibrio residual del árbol y de la junta cardán. Para obtener el verdadero valor de desequilibrio 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 determinadas frecuencias puede estar directamente relacionada con características de diseño específicas de la máquina. Este apéndice sólo cubre las fuentes de vibración más comunes observadas en la mayoría de los tipos de ventiladores. La regla general es que cualquier holgura en el sistema de soporte provoca un deterioro del estado vibratorio del ventilador.

Desequilibrio del ventilador

Esta es la principal fuente de vibración del ventilador; se caracteriza por la presencia de un componente de vibración en la frecuencia de rotación (primer armónico). La causa del desequilibrio es que el eje de la masa giratoria es excéntrico o está en ángulo con el eje de rotación. Esto puede deberse a una distribución desigual de la masa, a la suma de tolerancias en las dimensiones del orificio del cubo y del eje, a la flexión del eje o a una combinación de estos factores. La vibración causada por el desequilibrio actúa principalmente en dirección radial.
La flexión temporal del eje puede ser el resultado de un calentamiento mecánico desigual -debido a la fricción entre los elementos giratorios y estacionarios- o de naturaleza eléctrica. La flexión permanente puede deberse a cambios en las propiedades del material o a la desalineación del eje y la rueda del ventilador cuando el ventilador y el motor están montados por separado.
Durante el funcionamiento, el desequilibrio de la rueda del ventilador puede aumentar debido a la deposición de partículas del aire. Cuando funciona en un entorno agresivo, el desequilibrio puede deberse a la erosión desigual o a la corrosión de la rueda.
El desequilibrio puede corregirse mediante un equilibrado adicional en los planos adecuados, pero antes de realizar el procedimiento de equilibrado, deben identificarse las fuentes de desequilibrio, eliminarse y comprobarse la estabilidad vibratoria de la máquina.

Desalineación del ventilador y el motor

Este defecto puede producirse cuando los ejes del motor y del ventilador están conectados mediante una transmisión por correa o un acoplamiento flexible. La desalineación puede identificarse a veces por componentes de frecuencia de vibración característicos, normalmente el primer y segundo armónicos de la frecuencia de rotación. En caso de desalineación paralela de los ejes, la vibración se produce principalmente en dirección radial, mientras que si los ejes se cruzan en ángulo, la vibración longitudinal puede llegar a ser dominante.
Si los ejes están conectados en ángulo y se utilizan acoplamientos rígidos, comienzan a actuar fuerzas alternas en la máquina, lo que provoca un mayor desgaste de los ejes y los acoplamientos. Este efecto puede reducirse significativamente utilizando acoplamientos flexibles.

Vibración del ventilador por excitación aerodinámica

La excitación vibratoria puede deberse a la interacción de la rueda del ventilador con elementos fijos del diseño, como álabes guía, motor o soportes de cojinetes, valores incorrectos de separación o estructuras de admisión y escape de aire mal diseñadas. Un rasgo característico de estas fuentes es la aparición de vibraciones periódicas asociadas a la frecuencia de rotación de la rueda, en un contexto de fluctuaciones aleatorias en la interacción de los álabes de la rueda con el aire. La vibración puede observarse en los armónicos de frecuencia de las palas, que es el producto de la frecuencia de rotación de la rueda y el número de palas de la rueda.
La inestabilidad aerodinámica del flujo de aire, causada por su pérdida de contacto con la superficie de las aspas y la consiguiente formación de vórtices, provoca vibraciones de banda ancha, cuya forma espectral cambia en función de la carga del ventilador.
El ruido aerodinámico se caracteriza porque no está relacionado con la frecuencia de rotación de la rueda y puede producirse en subarmónicos de la frecuencia de rotación (es decir, en frecuencias inferiores a la frecuencia de rotación). En este caso, puede observarse una vibración significativa de la carcasa del ventilador y de los conductos.
Si el sistema aerodinámico del ventilador está mal adaptado a sus características, pueden producirse impactos bruscos en él. Estos impactos son fácilmente distinguibles por el oído y se transmiten en forma de impulsos al sistema de soporte del ventilador.
Si las causas mencionadas provocan vibraciones en las palas, su naturaleza puede investigarse instalando sensores en distintas partes de la estructura.

Vibración del ventilador por remolino en la capa de aceite

Los torbellinos que pueden producirse en la capa de lubricación de los cojinetes de deslizamiento se observan a una frecuencia característica ligeramente inferior a la frecuencia de rotación del rotor, a menos que el ventilador funcione a una velocidad superior a la primera crítica. En este último caso, la inestabilidad de la cuña de aceite se observará a la primera velocidad crítica, y a veces este efecto se denomina torbellino resonante.

Fuentes de vibración del ventilador de naturaleza eléctrica

El calentamiento desigual del rotor del motor puede hacer que se doble, provocando un desequilibrio (que se manifiesta 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 placas del rotor indica defectos relacionados con las placas del estator, y viceversa, los componentes a una frecuencia igual a la frecuencia de rotación multiplicada por el número de placas del rotor indican defectos relacionados con las placas del rotor.
Muchos componentes vibratorios de naturaleza eléctrica se caracterizan por su desaparición inmediata cuando se desconecta la fuente de alimentación.

Vibración del ventilador debida 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 influido por defectos externos y cuando los defectos están en la propia correa.
En el primer caso, aunque la correa vibre, esto se debe a fuerzas de forzamiento de otras fuentes, por lo que sustituir la correa no producirá los resultados deseados. Las fuentes habituales de tales fuerzas son el desequilibrio en el sistema de transmisión, la excentricidad de la polea, la desalineación y las conexiones mecánicas sueltas. Por tanto, antes de cambiar las correas, debe realizarse un análisis de vibraciones para identificar la fuente de excitación.
Si las correas responden a fuerzas de forzamiento externas, lo más probable es que su frecuencia de vibración sea la misma que la frecuencia de excitación. En este caso, la frecuencia de excitación puede determinarse utilizando una lámpara estroboscópica, ajustándola de modo que la correa aparezca inmóvil a la luz de la lámpara.
En el caso de una transmisión por correas múltiples, una tensión desigual de las correas puede provocar un aumento significativo de las vibraciones transmitidas.
Los casos en que las fuentes de vibración son las propias correas están relacionados con sus defectos físicos: grietas, puntos duros y blandos, suciedad en la superficie de la correa, falta de material en su superficie, etc. En el caso de las correas trapezoidales, los cambios en su anchura harán que la correa suba y baje por la pista de la polea, creando vibraciones debido al cambio de su tensión.
Si la fuente de vibración es la propia correa, las frecuencias de vibración suelen ser los armónicos de la frecuencia de rotación de la correa. En un caso concreto, la frecuencia de excitación dependerá de la naturaleza del defecto y del número de poleas, incluidos los tensores.
En algunos casos, la amplitud de las vibraciones puede ser inestable. Esto es especialmente cierto en el caso de las transmisiones por correas múltiples.
Los defectos mecánicos y eléctricos son fuentes de vibraciones, que posteriormente se convierten en ruido aéreo. El ruido mecánico puede estar asociado al desequilibrio del ventilador o del motor, al ruido de los rodamientos, a la alineación de los ejes, a las vibraciones de las paredes de los conductos y de los paneles de la carcasa, a las vibraciones de las palas de los amortiguadores, a las vibraciones de las palas, de los amortiguadores, de las tuberías y de los soportes, así como a la transmisión de vibraciones mecánicas a través de la estructura. El ruido eléctrico está relacionado con diversas formas de conversión de la energía eléctrica: 1) Las fuerzas magnéticas vienen determinadas por la densidad del flujo magnético, el número y la forma de los polos y la geometría del entrehierro; 2) El ruido eléctrico aleatorio viene determinado por escobillas, arcos voltaicos, chispas eléctricas, etc.
El ruido aerodinámico puede estar asociado a la formación de vórtices, pulsaciones de presión, resistencia del aire, etc., y puede ser tanto de banda ancha como de banda estrecha. El ruido de banda ancha puede deberse a: a) álabes, amortiguadores y otros obstáculos en la trayectoria del flujo de aire; b) rotación del ventilador en su conjunto, correas, rendijas, etc.; c) cambios repentinos en la dirección del flujo de aire o en la sección transversal del conducto, diferencias en la velocidad del flujo, separación del flujo debido a efectos de contorno, efectos de compresión del flujo, etc. El ruido de banda estrecha puede deberse a: a) resonancias (efecto tubo de órgano, vibraciones de cuerdas, vibraciones de paneles, elementos estructurales, etc.); b) formación de vórtices en bordes afilados (excitación de columnas de aire); c) rotaciones (efecto sirena, rendijas, orificios, ranuras en piezas giratorias).
Los impactos creados por el contacto entre diversos elementos mecánicos de la estructura producen ruidos similares a los producidos por el golpe de un martillo, el rodar de un trueno, la resonancia de una caja vacía, etc. Pueden oírse ruidos de impacto procedentes de golpes de dientes de engranajes y 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 la zona donde se producen 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 del ventilador o del diseño de la cimentación es necesaria para su funcionamiento sin problemas. Para garantizar la alineación de los componentes giratorios al instalar el ventilador, el motor y otros dispositivos de accionamiento, se utiliza un bastidor de acero o una base de hormigón armado. A veces, un intento de ahorrar en la construcción del soporte conduce a la incapacidad de mantener la alineación requerida de los componentes de la máquina. Esto es especialmente inaceptable cuando las vibraciones son sensibles a los cambios de alineación, sobre todo en el caso de máquinas formadas por piezas separadas unidas por fijaciones metálicas.
Los cimientos sobre los que se asienta la base también pueden influir en la vibración del ventilador y el motor. Si la frecuencia natural de los cimientos está próxima a la frecuencia de rotación del ventilador o el motor, los cimientos resonarán durante el funcionamiento del ventilador. Esto puede detectarse midiendo la vibración en varios puntos de la cimentación, el suelo circundante y los soportes del ventilador. A menudo, en condiciones de resonancia, el componente vertical de la vibración supera con creces al horizontal. La vibración puede amortiguarse endureciendo los cimientos o aumentando su masa. Aunque se eliminen el desequilibrio y la desalineación, lo que permite reducir las fuerzas de forzamiento, pueden seguir existiendo condiciones previas de vibración significativas. Esto significa que si el ventilador, junto con su soporte, está cerca de la resonancia, para alcanzar unos valores de vibración aceptables será necesario un equilibrado más preciso y una alineación del eje más exacta de lo que normalmente se requiere para este tipo de máquinas. Esta situación no es deseable y debe evitarse aumentando la masa y/o la rigidez del soporte o del bloque de hormigón.

Guía de diagnóstico y control del estado de las vibraciones

El principio fundamental de la supervisión del estado de vibración de las máquinas (en lo sucesivo, el estado) consiste en observar los resultados de las mediciones planificadas adecuadamente para identificar una tendencia de aumento de los niveles de vibración y considerarla desde la perspectiva de posibles problemas. La monitorización es aplicable en situaciones en las que los daños se desarrollan lentamente, y el deterioro del estado del mecanismo se manifiesta a través de signos físicos medibles.
La vibración del ventilador, resultante del desarrollo de defectos físicos, puede supervisarse a determinados intervalos y, cuando se detecta un aumento del nivel de vibración, puede aumentarse la frecuencia de observación y realizarse un análisis detallado del estado. 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 aplicación mucho antes de que los daños sean graves. Normalmente, las medidas se consideran necesarias cuando el nivel de vibración aumenta 1,6 veces o 4 dB en comparación con el nivel de referencia.
El programa de control de estado consta de varias etapas, que pueden formularse brevemente del siguiente modo:
a) identificar el estado del ventilador y determinar el nivel de vibración de referencia (puede diferir del nivel obtenido durante las pruebas en fábrica debido a los diferentes métodos de instalación, etc.);
b) seleccionar los puntos de medición de las vibraciones;
c) determinar la frecuencia de observación (medición);
d) establecer el procedimiento de registro de la información;
e) determinar los criterios para evaluar el estado vibratorio del ventilador, los valores límite de vibración absoluta y los cambios de vibración, resumir la experiencia de explotación de máquinas similares.
Dado que los ventiladores suelen funcionar sin problemas a velocidades que no se aproximan 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 funciona con velocidad de rotación variable, los valores límite de vibración establecidos se aplican a la velocidad de rotación máxima de funcionamiento. 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 funcionamiento de los ventiladores y están pensadas para su aplicación secuencial al analizar las causas del aumento de las vibraciones.
Para evaluar cualitativamente la vibración de un ventilador específico y determinar las directrices para futuras acciones, pueden utilizarse los límites de la zona de condición de vibración establecidos por la norma ISO 10816-1.
Se espera que, en el caso de los ventiladores nuevos, sus niveles de vibración estén por debajo de los valores límite indicados 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 aviso y parada se establecen a partir del análisis de la información recogida sobre tipos específicos de ventiladores.
INFORMACIÓN SOBRE EL CUMPLIMIENTO
NORMAS INTERNACIONALES DE REFERENCIA UTILIZADAS COMO REFERENCIAS NORMATIVAS EN ESTA NORMA
Tabla H.1
Designación de la norma interestatal de referencia
Designación y título de la norma internacional de referencia y designación condicional de su grado de conformidad con la norma interestatal de referencia
ISO 1940-1-2007
ISO 1940-1:1986. Vibraciones. Requisitos relativos a la calidad de equilibrado de los rotores rígidos. Parte 1: Determinación del desequilibrio admisible (IDT). Determinación del desequilibrio admisible (IDT).
ISO 5348-2002
ISO 5348:1999. Vibraciones y Choques. Montaje mecánico de acelerómetros (IDT)
ISO 7919-1-2002
ISO 7919-1:1996. Vibraciones de las máquinas no recirculantes. Mediciones en ejes rotatorios y criterios de evaluación. Parte 1: Directrices generales. Directrices generales (IDT)
ISO 10816-1-97
ISO 10816-1:1995. Vibraciones. Evaluación del estado de las máquinas mediante mediciones de vibraciones en piezas no giratorias. Parte 1: Directrices generales. Directrices generales (IDT)
ISO 10816-3-2002
ISO 10816-3:1998. Vibraciones. Evaluación del estado de las máquinas mediante mediciones de vibraciones en piezas no giratorias. Parte 3. Máquinas industriales con una potencia nominal superior a 15 kW y velocidades nominales de 120 a 15000 rpm, mediciones in situ (IDT).
ISO 10921-90
ISO 5801:1997. Ventiladores industriales. Pruebas de rendimiento utilizando conductos normalizados (NEQ)
ISO 19534-74
ISO 1925:2001. Vibraciones. Equilibrado. Vocabulario (NEQ)
ISO 24346-80
ISO 2041:1990. Vibraciones y choques. Vocabulario (NEQ)
ISO 31322-2006 (ISO 8821:1989)
ISO 8821:1989. Vibración. Equilibrado. Directrices para tener en cuenta el efecto de chavetero al equilibrar ejes y piezas montadas (MOD).
ISO 31351-2007 (ISO 14695:2003)
ISO 14695:2003. Ventiladores industriales. Métodos de medición de vibraciones (MOD)
Nota: En esta tabla se utilizan las siguientes designaciones condicionales del grado de cumplimiento de la norma: IDT - normas idénticas;
Categorías: EjemploImpulsores

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