Equilibrado 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, equilibrado del rotor se convierte en una parte esencial del proceso tecnológico. Sin embargo, la adquisición de equipos de equilibrado especializados puede resultar costosa para las pequeñas y medianas empresas. En este artículo, exploramos la posibilidad de utilizar tornos para rotor lo que puede reducir significativamente los costes de los equipos y mejorar la eficacia de la producción.
El torno como herramienta de equilibrado
El torno, gracias a su diseño y funcionalidad, puede utilizarse con éxito para equilibrar rotores de diversos tipos y tamaños. La principal ventaja de este enfoque es el ahorro de costes, ya que no es necesario adquirir equipos especializados costosos. Además, el uso de un torno permite realizar el equilibrado directamente durante el proceso de fabricación del rotor, lo que acorta el tiempo de producción y mejora la calidad del producto.
Preparación para el equilibrado
Antes de iniciar el proceso de equilibrado, hay que dar varios pasos preparatorios:
- Elegir el torno adecuado: El torno debe tener suficiente rigidez y precisión para garantizar un montaje fiable del rotor y mediciones exactas de las vibraciones.
- Instalación del sistema de medición: Para medir el rotor vibración en el torno, un equilibrador portátil como el Balanset-1A puede utilizarse. Incluye sensores de vibración, un tacómetro, y programas informáticos para el análisis de datos y el cálculo de masas correctoras.
- Cómo tratar el desequilibrio propio del husillo: No es necesario equilibrar el propio husillo del torno. Haga funcionar el torno solo con el plato (con el rotor retirado) y registre el vector de vibración: esa es la línea base aportada por el husillo y el plato. Si supone una fracción significativa de la lectura del rotor, réstela, o — mejor aún — utilice la pasada indexada a 180° (la función “Mandrel eccentricity elimination”, “F7 - Run Ecc”), que separa automáticamente todo lo que no gira junto con el rotor.
- Ajustar el rotor a la máquina, no al husillo: Lo importante es que la fuerza de desequilibrio del rotor produzca una respuesta medible en las carcasas de los rodamientos. Un torno pesado y rígido responde muy poco por cada gramo de desequilibrio, de modo que en un rotor muy ligero la señal desaparece entre el ruido, mientras que un rotor muy pesado puede superar la carga nominal del plato o de los rodamientos. En la práctica, compruebe que un peso de prueba correctamente dimensionado produce un cambio de amplitud y fase limpio y repetible antes de confiar en cualquier coeficiente de influencia.
- Comprobación de la excentricidad de la cubierta de goma antes del equilibrado: En un eje engomado, el desequilibrio de masa y el descentramiento geométrico del recubrimiento son dos defectos distintos. El equilibrado anula la fuerza 1×; no puede hacer redondo un recubrimiento excéntrico u ovalado. Coloque un reloj comparador contra la superficie recubierta y gire el eje a mano: si el descentramiento total indicado supera la tolerancia del producto, primero rectifique o tornee el recubrimiento hasta dejarlo concéntrico — en el mismo torno — y solo entonces equilibre. Un eje que está equilibrado pero que sigue teniendo descentramiento seguirá produciendo bandas de calibre, rayas y variaciones de presión en el nip, por muy baja que sea la lectura de vibración.
En este artículo, detallaré nuestra experiencia y metodología en el equilibrado dinámico de ejes engomados en un torno – una solución de la que, hay que admitirlo, inicialmente desconfiaba debido a la rigidez inherente y el peso considerable de ese tipo de maquinaria. Sorprendentemente, la operación se ejecutó sin contratiempos, alcanzando el grado de calidad de equilibrado G 6.3 (ISO 21940-11, anteriormente ISO 1940-1).
Proceso de equilibrado del rotor en un torno en teoría
El proceso de equilibrado del rotor en un torno implica los siguientes pasos:
Fijación del rotor
El rotor se monta de forma segura en el mandril del torno o en los centros para garantizar la estabilidad durante el proceso de equilibrado.
Instalación de sensores
Instale un sensor de vibración por plano de corrección — uno en la carcasa del rodamiento del cabezal y otro en la carcasa del contrapunto o de la luneta — en dirección radial, lo más cerca posible del rodamiento, sobre una superficie metálica mecanizada limpia mediante una base magnética. No monte los sensores en la bancada del torno, el delantal o una protección: allí la señal 1× está atenuada y dominada por la estructura. Pegue el cinta reflectante en una superficie metálica (el extremo del eje o el mandril), no en el recubrimiento de goma, y apunte el tacómetro láser perpendicular a ella.
Medición de la vibración inicial
El nivel de vibración inicial se mide a la velocidad que utilizará durante todo el trabajo. Todos los recorridos — Run 0, los recorridos de prueba y el recorrido de ajuste — deben realizarse a la misma velocidad, porque los coeficientes de influencia solo son válidos para la velocidad a la que fueron medidos.
Cómo tener en cuenta la excentricidad (inmediatamente después de Run 0)
Utillaje y mandril excentricidad añade un vector a la lectura de Run 0 que no es desequilibrio, y corregirlo sería un error. 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 útil de sujeción y pulse “F7 - Run Ecc”. El software toma la semisuma vectorial como la excentricidad y la semidiferencia vectorial como el desequilibrio real, y solo entonces desbloquea la pasada de prueba. Hacer esto después de que los pesos de corrección ya estén soldados significa recalcularlos y rehacerlos.
¿Qué tamaño debe tener un peso de prueba?
Un punto de partida seguro es un peso cuya 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 3000 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 compruebe la fuerza: a 3.000 rpm esos 1,7 g ya tiran con F = m·R·ω² ≈ 34 N — alrededor del 7% del peso del rotor. Empezar poco a poco es la clave: aumentar es barato, mientras que un peso sobredimensionado supone una carga real sobre los rodamientos y las soldaduras. La misma comprobación de fuerza funciona a la inversa para cualquier peso que esté a punto de atornillar.
No tiene que calcular esto a mano: el software Balanset incluye una First Trial Weight Estimator que recomienda tanto la masa como el ángulo inicial a partir de los datos de su rotor, y un Prueba de impacto para comprobar 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 progresiva — nunca pase directamente a un peso pesado “para ver que pasa algo”.
Instalación de un peso de prueba
A peso de prueba de masa conocida se instala en el rotor, y se mide la vibración de nuevo. Para el equilibrado en dos planos, esto se hace en cada plano por turnos — una pasada de prueba con el peso en el plano 1 (Run 1), y luego una pasada de prueba con el peso en el plano 2 (Run 2) — de modo que el software pueda medir la influencia de cada plano de corrección por separado.
Cálculo de masas correctoras
El software Balanset-1A analiza los resultados de la medición y calcula las masas correctoras 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 la masa puede realizarse mediante taladrado, fresado, soldadura u otros métodos.
Verificación del equilibrio
Tras efectuar las correcciones, se lleva a cabo una medición de vibraciones de control. El proceso se repite si es necesario hasta alcanzar el nivel de equilibrio requerido.
Equilibrado dinámico en la práctica
- Frecuencia de rotación: Normalmente, la velocidad de rotación de trabajo de estos ejes oscila entre 300 y 500 revoluciones por minuto (rpm). En este caso particular, realizamos el equilibrado a 550 rpm.
- Configuración: El eje engomado se montó en la máquina de torno y, a continuación, se colocaron estratégicamente los sensores, como se muestra en las fotografías adjuntas.
Equilibrado dinámico in situ de ejes engomados mediante una máquina de torno
Equilibrado dinámico de ejes engomados
- Lecturas iniciales de vibración: Antes de equilibrar, el inicial las lecturas de vibración eran de 9 mm/s y 17 mm/s.
- Ejecuciones de prueba: Un trabajo de dos planos necesita un recorrido de prueba en cada plano por turnos — Run 1 con el peso en el plano 1, y 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 un 10%. Trate esa respuesta como un mínimo absoluto: para una medición clara y fiable, normalmente buscamos un peso de prueba que desplace el vector de vibración un 25–50%, pero un torno pesado y rígido responde muy poco por cada gramo de masa de prueba.
- Ajustes de equilibrio: Tras los recorridos de prueba con el peso de prueba, nuestro instrumento Balanset-1A indicó la necesidad de añadir 3100 gramos en un lado del eje y 4300 gramos en el otro, correspondientes a correcciones en dos planos. Tras estos ajustes, los niveles de vibración se redujeron a 2 mm/s y 4 mm/s.
Equilibrado dinámico in situ de ejes engomados mediante una máquina de torno
Equilibrado dinámico in situ de ejes engomados mediante una máquina de torno
- Puesta a punto: Para optimizar aún más los resultados, procedimos a añadir pesos de 400 gramos y 700 gramos. Posteriormente, se ejecutó otra ronda de ajuste fino añadiendo 200 gramos y 400 gramos. Debido a las limitaciones de espacio, los pesos se soldaron unos encima de otros. Finalmente, estos pesos temporales se sustituyeron por contrapesos cortados con precisión y estéticamente cuidados, fabricados específicamente para este eje. Las lecturas finales de vibración fueron unos impresionantes 0,1 mm/s en ambos planos (una cifra redondeada — por debajo de 1 mm/s el propio instrumento muestra las lecturas con tres decimales).
Equilibrado dinámico in situ de ejes engomados mediante una máquina de torno
Equilibrado dinámico in situ de ejes engomados mediante una máquina de torno
Equilibrado dinámico in situ de ejes engomados mediante una máquina de torno
Ventajas del equilibrado de rotores en tornos
Relación coste-eficacia
El uso de un torno para el equilibrado evita el gasto de adquirir equipos de equilibrado especializados.
Conveniencia
El equilibrado puede realizarse directamente durante el proceso de fabricación del rotor, lo que reduce el tiempo de producción.
Alta calidad
Las equilibradoras portátiles modernas, como la Balanset-1A, proporcionan una gran precisión de equilibrado, lo que permite reducir los niveles de vibración y mejorar la calidad del producto.
Conclusión
El equilibrado de rotores en tornos es una solución eficaz y económica para las empresas que buscan mejorar la calidad de sus productos y reducir los costes de producción. El uso de equilibradoras portátiles como la Balanset-1A hace que este proceso sea sencillo y accesible, incluso para talleres pequeños.
Recordatorios importantes
- Para obtener los mejores resultados, se recomienda utilizar instrumentos de medición de alta calidad y seguir estrictamente el procedimiento de equilibrado. Puede estimar el desequilibrio residual para su rotor con nuestro calculadora del desequilibrio residual (ISO 1940).
El equilibrado de rotores en tornos es un paso hacia el futuro de su producción, que se traduce en una mejora de la calidad del producto, una reducción de los costes y un aumento de la competitividad de su empresa.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko es ingeniero de análisis de vibraciones y fundador y director ejecutivo de Vibromera. Desde hace más de 15 años equilibra equipos rotativos en campo y no en un banco de pruebas: desbrozadoras, ventiladores industriales, trituradoras, centrifugadoras, ejes y husillos. De ese trabajo nacieron los instrumentos Balanset — se concibieron como una herramienta que el especialista puede llevar hasta la máquina y utilizar solo, in situ, 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 montaje y el soporte de la línea Balanset. El instrumento insignia es el Balanset-1A, un analizador portátil para el equilibrado en uno y dos planos y para el diagnóstico de vibraciones. Nikolai participa personalmente en la atención al cliente, en la resolución de casos de equilibrado difíciles y en el desarrollo del software. Trabaja con clientes de todo el mundo, en cualquier idioma.
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