Objetos no lineales en el equilibrio del rotor
Por qué el equilibrio “no funciona”, por qué cambian los coeficientes de influencia y cómo proceder en condiciones reales de campo
Visión general
En la práctica, el balanceo de rotores casi nunca se reduce al simple cálculo e instalación de un peso de corrección. Formalmente, el algoritmo es bien conocido y el instrumento realiza todos los cálculos automáticamente, pero el resultado final depende mucho más del comportamiento del propio objeto que del dispositivo de balanceo. Por ello, en el trabajo real, surgen constantemente situaciones en las que el balanceo no funciona, los coeficientes de influencia cambian, la vibración se vuelve inestable y el resultado no es repetible de una ejecución a otra.
Vibraciones lineales y no lineales, sus características y métodos de equilibrio
Para lograr un equilibrio eficaz es necesario comprender cómo reacciona un objeto a la adición o eliminación de masa. En este contexto, los conceptos de objetos lineales y no lineales desempeñan un papel fundamental. Comprender si un objeto es lineal o no lineal permite seleccionar la estrategia de equilibrio correcta y ayuda a lograr el resultado deseado.
Los objetos lineales ocupan un lugar especial en este campo debido a su predictibilidad y estabilidad. Permiten el uso de métodos de diagnóstico y equilibrado sencillos y fiables, lo que hace que su estudio sea un paso importante en el diagnóstico de vibraciones.
Objetos lineales y no lineales
La mayoría de estos problemas se basan en una distinción fundamental, aunque a menudo subestimada, entre objetos lineales y no lineales. Un objeto lineal, desde el punto de vista del equilibrio, es un sistema en el que, a una velocidad de rotación constante, la amplitud de la vibración es proporcional al desequilibrio, y la fase de vibración sigue la posición angular de la masa desequilibrada de forma estrictamente predecible. En estas condiciones, el coeficiente de influencia es constante. Todos los algoritmos estándar de equilibrio dinámico, incluidos los implementados en el Balanset-1A, están diseñados específicamente para este tipo de objetos.
En un objeto lineal, el proceso de equilibrado es predecible y estable. La instalación de un peso de prueba produce un cambio proporcional en la amplitud y la fase de la vibración. Los arranques repetidos dan el mismo vector de vibración, y el peso de corrección calculado sigue siendo válido. Estos objetos son ideales tanto para el equilibrado único como para el equilibrado en serie mediante coeficientes de influencia almacenados.
Un objeto no lineal se comporta de forma fundamentalmente diferente. Se viola la base misma del cálculo del equilibrado. La amplitud de la vibración deja de ser proporcional al desequilibrio, la fase se vuelve inestable y el coeficiente de influencia varía en función de la masa del peso de prueba, el modo de funcionamiento o incluso el tiempo. En la práctica, esto se manifiesta como un comportamiento caótico del vector de vibración: tras instalar un peso de prueba, el cambio de vibración puede ser demasiado pequeño, excesivo o simplemente irrepetible.
¿Qué son los objetos lineales?
Un objeto lineal es un sistema donde la vibración es directamente proporcional a la magnitud del desequilibrio.
Un objeto lineal, en el contexto del balanceo, es un modelo idealizado caracterizado por una relación directamente proporcional entre la magnitud del desequilibrio (masa desequilibrada) y la amplitud de la vibración. Esto significa que si el desequilibrio se duplica, la amplitud de la vibración también se duplicará, siempre que la velocidad de rotación del rotor se mantenga constante. Por el contrario, al reducir el desequilibrio, las vibraciones disminuirán proporcionalmente.
A diferencia de los sistemas no lineales, donde el comportamiento de un objeto puede variar dependiendo de muchos factores, los objetos lineales permiten un alto nivel de precisión con un mínimo esfuerzo.
Además, sirven como base para la formación y la práctica de los equilibradores. Comprender los principios de los objetos lineales ayuda a desarrollar habilidades que luego se pueden aplicar a sistemas más complejos.
Representación gráfica de la linealidad
Imagine una gráfica donde el eje horizontal representa la magnitud de la masa desequilibrada (desequilibrio) y el eje vertical la amplitud de la vibración. Para un objeto lineal, esta gráfica será una línea recta que pasa por el origen (el punto donde tanto la magnitud del desequilibrio como la amplitud de la vibración son cero). La pendiente de esta línea caracteriza la sensibilidad del objeto al desequilibrio: cuanto mayor sea la pendiente, mayores serán las vibraciones para el mismo desequilibrio.
Gráfico 1: Relación entre la amplitud de vibración (µm) y la masa desequilibrada (g)
El gráfico 1 ilustra la relación entre la amplitud de vibración (µm) de un objeto en equilibrio lineal y la masa desequilibrada (g) del rotor. El coeficiente de proporcionalidad es 0,5 µm/g. Simplemente dividiendo 300 por 600 se obtiene 0,5 µm/g. Para una masa desequilibrada de 800 g (UM=800 g), la vibración será 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Tenga en cuenta que esto se aplica a una velocidad de rotor constante. A una velocidad de rotación diferente, el coeficiente será diferente.
Este coeficiente de proporcionalidad se denomina coeficiente de influencia (coeficiente de sensibilidad) y tiene una dimensión de µm/g o, en casos en que exista desequilibrio, µm/(g*mm), donde (g*mm) es la unidad de desequilibrio. Conociendo el coeficiente de influencia (CI), también es posible resolver el problema inverso, es decir, determinar la masa desequilibrada (UM) en función de la magnitud de la vibración. Para ello, se divide la amplitud de la vibración por el CI.
Por ejemplo, si la vibración medida es 300 µm y el coeficiente conocido es IC=0,5 µm/g, divida 300 por 0,5 para obtener 600 g (UM=600 g).
Coeficiente de influencia (CI): parámetro clave de los objetos lineales
Una característica crítica de un objeto lineal es el coeficiente de influencia (CI). Es numéricamente igual a la tangente del ángulo de pendiente de la línea en el gráfico de vibración versus desequilibrio e indica cuánto cambia la amplitud de la vibración (en micras, µm) al añadir una unidad de masa (en gramos, g) en un plano de corrección específico a una velocidad de rotor específica. En otras palabras, el CI mide la sensibilidad del objeto al desequilibrio. Su unidad de medida es µm/g o, cuando el desequilibrio se expresa como el producto de la masa por el radio, µm/(g*mm).
El CI es esencialmente la característica de "pasaporte" de un objeto lineal, lo que permite predecir su comportamiento al añadir o quitar masa. Conocer el CI permite resolver tanto el problema directo (determinar la magnitud de la vibración para un desequilibrio dado) como el problema inverso (calcular la magnitud del desequilibrio a partir de la vibración medida).
Problema directo:
Problema inverso:
Fase de vibración en objetos lineales
Además de la amplitud, la vibración también se caracteriza por su fase, que indica la posición del rotor en el momento de máxima desviación de su posición de equilibrio. Para un objeto lineal, la fase de vibración también es predecible. Es la suma de dos ángulos:
- El ángulo que determina la posición de la masa desequilibrada total del rotor. Este ángulo indica la dirección en la que se concentra el desequilibrio primario.
- El argumento del coeficiente de influencia. Este es un ángulo constante que caracteriza las propiedades dinámicas del objeto y no depende de la magnitud ni del ángulo de la instalación de masa desequilibrada.
De esta manera, conociendo el argumento IC y midiendo la fase de vibración, es posible determinar el ángulo de instalación de la masa desequilibrada. Esto permite no solo calcular la magnitud de la masa correctora sino también su colocación precisa en el rotor para lograr un equilibrio óptimo.
Equilibrar objetos lineales
Es importante señalar que, en el caso de un objeto lineal, el coeficiente de influencia (CI) determinado de esta manera no depende de la magnitud o el ángulo de instalación de la masa de prueba, ni de la vibración inicial. Esta es una característica clave de la linealidad. Si el CI permanece inalterado cuando se modifican los parámetros de la masa de prueba o la vibración inicial, se puede afirmar con seguridad que el objeto se comporta de manera lineal dentro del rango de desequilibrios considerado.
Pasos para equilibrar un objeto lineal
- Medición de la vibración inicial: El primer paso es medir la vibración en su estado inicial. Se determinan la amplitud y el ángulo de vibración, que indican la dirección del desequilibrio.
- Instalación de una misa de prueba: Se instala una masa de peso conocido en el rotor. Esto ayuda a comprender cómo reacciona el objeto a cargas adicionales y permite calcular los parámetros de vibración.
- Nueva medición de la vibración: Después de instalar la masa de prueba, se miden nuevos parámetros de vibración. Al compararlos con los valores iniciales, es posible determinar cómo afecta la masa al sistema.
- Cálculo de la masa correctiva: En base a los datos de medición se determina la masa y el ángulo de instalación del peso corrector. Este peso se coloca sobre el rotor para eliminar el desequilibrio.
- Verificación final: Después de instalar el peso corrector, la vibración debería reducirse significativamente. Si la vibración residual aún supera el nivel aceptable, se puede repetir el procedimiento.
Nota: Los objetos lineales sirven como modelos ideales para estudiar y aplicar en la práctica los métodos de equilibrado. Sus propiedades permiten a los ingenieros y a los especialistas en diagnóstico centrarse en el desarrollo de habilidades básicas y en la comprensión de los principios fundamentales del trabajo con sistemas de rotores. Aunque su aplicación en la práctica real es limitada, el estudio de los objetos lineales sigue siendo un paso importante en el avance del diagnóstico y el equilibrado de vibraciones.
Código corto de marcador de posición:
Equilibrio en serie y coeficientes almacenados
El balanceo en serie merece especial atención. Puede aumentar significativamente la productividad, pero solo cuando se aplica a objetos lineales y estables a las vibraciones. En tales casos, los coeficientes de influencia obtenidos en el primer rotor pueden reutilizarse para rotores idénticos posteriores. Sin embargo, en cuanto cambia la rigidez del soporte, la velocidad de rotación o el estado de los rodamientos, se pierde la repetibilidad y el enfoque en serie deja de funcionar.
Objetos no lineales: cuando la teoría se aparta de la práctica
¿Qué es un objeto no lineal?
Un objeto no lineal es un sistema en el que la amplitud de la vibración no es proporcional a la magnitud del desequilibrio. A diferencia de los objetos lineales, en los que la relación entre la vibración y la masa del desequilibrio se representa mediante una línea recta, en los sistemas no lineales esta relación puede seguir trayectorias complejas.
En el mundo real, no todos los objetos se comportan de manera lineal. Los objetos no lineales presentan una relación entre desequilibrio y vibración que no es directamente proporcional. Esto significa que el coeficiente de influencia no es constante y puede variar en función de varios factores, como:
- Magnitud del desequilibrio: Aumentar el desequilibrio puede cambiar la rigidez de los soportes del rotor, lo que genera cambios no lineales en la vibración.
- Velocidad rotacional: Se pueden provocar diferentes fenómenos de resonancia a distintas velocidades de rotación, lo que también da lugar a un comportamiento no lineal.
- Presencia de holguras y huecos: Las holguras y espacios en los cojinetes y otras conexiones pueden provocar cambios abruptos en la vibración en determinadas condiciones.
- Temperatura: Los cambios de temperatura pueden afectar las propiedades del material y, en consecuencia, las características de vibración del objeto.
- Cargas externas: Las cargas externas que actúan sobre el rotor pueden alterar sus características dinámicas y provocar un comportamiento no lineal.
¿Por qué los objetos no lineales son desafiantes?
La no linealidad introduce muchas variables en el proceso de equilibrado. Para trabajar con éxito con objetos no lineales se necesitan más mediciones y análisis más complejos. Por ejemplo, los métodos estándar aplicables a objetos lineales no siempre arrojan resultados precisos para sistemas no lineales. Esto requiere una comprensión más profunda de la física del proceso y el uso de métodos de diagnóstico especializados.
Señales de no linealidad
Un objeto no lineal se puede identificar por los siguientes signos:
- Cambios de vibración no proporcionales: A medida que aumenta el desequilibrio, la vibración puede crecer más rápido o más lento de lo esperado para un objeto lineal.
- Cambio de fase en la vibración: La fase de vibración puede cambiar de manera impredecible con variaciones en el desequilibrio o la velocidad de rotación.
- Presencia de armónicos y subarmónicos: El espectro de vibración puede exhibir armónicos más altos (múltiplos de la frecuencia rotacional) y subarmónicos (fracciones de la frecuencia rotacional), lo que indica efectos no lineales.
- Histéresis: La amplitud de vibración puede depender no solo del valor actual del desequilibrio, sino también de su historial. Por ejemplo, cuando el desequilibrio aumenta y luego se reduce hasta su valor inicial, es posible que la amplitud de vibración no vuelva a su nivel original.
La no linealidad introduce muchas variables en el proceso de equilibrado. Para que el funcionamiento sea correcto, se requieren más mediciones y análisis complejos. Por ejemplo, los métodos estándar aplicables a objetos lineales no siempre arrojan resultados precisos para sistemas no lineales. Esto requiere una comprensión más profunda de la física del proceso y el uso de métodos de diagnóstico especializados.
Representación gráfica de la no linealidad
En un gráfico de vibración versus desequilibrio, la no linealidad se evidencia en las desviaciones de una línea recta. El gráfico puede presentar curvaturas, bucles de histéresis y otras características que indican una relación compleja entre el desequilibrio y la vibración.
Gráfico 2. Objeto no lineal
50 g; 40 μm (amarillo), 100 g; 54,7 μm (azul).
Este objeto presenta dos segmentos, dos líneas rectas. Para desequilibrios menores a 50 gramos, el gráfico refleja las propiedades de un objeto lineal, manteniendo la proporcionalidad entre el desequilibrio en gramos y la amplitud de vibración en micrones. Para desequilibrios mayores a 50 gramos, el crecimiento de la amplitud de vibración se ralentiza.
Ejemplos de objetos no lineales
Algunos ejemplos de objetos no lineales en el contexto del equilibrio incluyen:
- Rotores con grietas: Las grietas en el rotor pueden provocar cambios no lineales en la rigidez y, como resultado, una relación no lineal entre la vibración y el desequilibrio.
- Rotores con holgura entre cojinetes: Las holguras en los cojinetes pueden provocar cambios abruptos en la vibración en determinadas condiciones.
- Rotores con elementos elásticos no lineales: Algunos elementos elásticos, como los amortiguadores de caucho, pueden presentar características no lineales que afectan la dinámica del rotor.
Tipos de no linealidad
1. No linealidad blanda-rígida
En estos sistemas se observan dos segmentos: blando y rígido. En el segmento blando, el comportamiento se asemeja a la linealidad, donde la amplitud de vibración aumenta proporcionalmente a la masa desequilibrada. Sin embargo, después de un cierto umbral (punto de ruptura), el sistema pasa a un modo rígido, donde el crecimiento de la amplitud se ralentiza.
2. No linealidad elástica
Los cambios en la rigidez de los apoyos o contactos dentro del sistema hacen que la relación vibración-desequilibrio sea compleja. Por ejemplo, la vibración puede aumentar o disminuir repentinamente al cruzar umbrales de carga específicos.
3. No linealidad inducida por fricción
En sistemas con una fricción importante (por ejemplo, en cojinetes), la amplitud de la vibración puede ser impredecible. La fricción puede reducir la vibración en un rango de velocidad y amplificarla en otro.
Causas comunes de no linealidad
Las causas más comunes de no linealidad son el aumento de las holguras de los cojinetes, el desgaste de los cojinetes, la fricción seca, el aflojamiento de los soportes, las grietas en la estructura y el funcionamiento cerca de frecuencias de resonancia. Con frecuencia, el objeto presenta la denominada no linealidad blanda-dura. Con bajos niveles de desequilibrio, el sistema se comporta casi linealmente, pero a medida que aumenta la vibración, se ven afectados los elementos más rígidos de los soportes o la carcasa. En estos casos, el equilibrado solo es posible dentro de un rango de funcionamiento estrecho y no proporciona resultados estables a largo plazo.
Inestabilidad de vibración
Otro problema grave es la inestabilidad de la vibración. Incluso un objeto formalmente lineal puede presentar cambios de amplitud y fase a lo largo del tiempo. Esto se debe a efectos térmicos, cambios en la viscosidad del lubricante, expansión térmica y fricción inestable en los soportes. Como resultado, las mediciones tomadas con solo minutos de diferencia pueden producir vectores de vibración diferentes. En estas condiciones, la comparación significativa de las mediciones se vuelve imposible y el cálculo del balanceo pierde fiabilidad.
Equilibrio cerca de la resonancia
El balanceo cerca de la resonancia es especialmente problemático. Cuando la frecuencia de rotación coincide o se acerca a la frecuencia natural del sistema, incluso un pequeño desequilibrio provoca un aumento brusco de la vibración. La fase de vibración se vuelve extremadamente sensible a pequeñas variaciones de velocidad. El objeto entra efectivamente en un régimen no lineal, y el balanceo en esta zona pierde su significado físico. En tales casos, es necesario modificar la velocidad de operación o la estructura mecánica antes de considerar el balanceo.
Alta vibración después de un equilibrio “exitoso”
En la práctica, es común encontrar situaciones en las que, tras un procedimiento de balanceo formalmente exitoso, el nivel general de vibración permanece alto. Esto no indica un error del instrumento ni del operador. El balanceo solo elimina el desequilibrio de masa. Si la vibración se debe a defectos en la cimentación, fijaciones flojas, desalineación o resonancia, las pesas correctoras no solucionarán el problema. En estos casos, analizar la distribución espacial de la vibración en la máquina y su cimentación ayuda a identificar la verdadera causa.
Equilibrar objetos no lineales: una tarea compleja con soluciones no convencionales
El equilibrio de objetos no lineales es una tarea compleja que requiere métodos y enfoques especializados. El método de masa de prueba estándar, desarrollado para objetos lineales, puede arrojar resultados erróneos o ser totalmente inaplicable.
Métodos de equilibrio para objetos no lineales
- Equilibrado paso a paso: Este método consiste en reducir gradualmente el desequilibrio mediante la instalación de pesas correctoras en cada etapa. Tras cada etapa, se miden las vibraciones y se determina una nueva pesa correctora según el estado actual del objeto. Este enfoque tiene en cuenta los cambios en el coeficiente de influencia durante el proceso de equilibrado.
- Equilibrio a múltiples velocidades: Este método aborda los efectos de los fenómenos de resonancia a diferentes velocidades de rotación. El equilibrado se realiza a varias velocidades cercanas a la resonancia, lo que permite una reducción de la vibración más uniforme en todo el rango de velocidad de funcionamiento.
- Utilizando modelos matemáticos: Para objetos no lineales complejos, se pueden emplear modelos matemáticos que describan la dinámica del rotor teniendo en cuenta los efectos no lineales. Estos modelos ayudan a predecir el comportamiento del objeto en diversas condiciones y a determinar los parámetros de equilibrio óptimos.
La experiencia y la intuición de un especialista son cruciales en el balanceo de objetos no lineales. Un balanceador experimentado puede reconocer signos de no linealidad, seleccionar el método adecuado y adaptarlo a la situación específica. Analizar los espectros de vibración, observar los cambios de vibración a medida que varían los parámetros operativos del objeto y considerar las características de diseño del rotor ayudan a tomar las decisiones correctas y lograr los resultados deseados.
Cómo equilibrar objetos no lineales utilizando una herramienta diseñada para objetos lineales
Esta es una buena pregunta. Mi método personal para equilibrar este tipo de objetos comienza con la reparación del mecanismo: reemplazando los cojinetes, soldando grietas, ajustando los pernos, verificando los anclajes o los aisladores de vibración y verificando que el rotor no roce contra elementos estructurales estacionarios.
A continuación, identifico las frecuencias de resonancia, ya que es imposible equilibrar un rotor a velocidades cercanas a la resonancia. Para ello, utilizo el método de impacto para la determinación de la resonancia o un gráfico de desaceleración del rotor.
Luego, determino la posición del sensor en el mecanismo: vertical, horizontal o en ángulo.
Después de las pruebas, el dispositivo indica el ángulo y el peso de las cargas correctivas. Reduzco a la mitad el peso de la carga correctiva, pero utilizo los ángulos sugeridos por el dispositivo para la colocación del rotor. Si la vibración residual después de la corrección sigue superando el nivel aceptable, realizo otra prueba del rotor. Naturalmente, esto lleva más tiempo, pero los resultados a veces son alentadores.
El arte y la ciencia de equilibrar equipos rotatorios
El equilibrio de equipos rotatorios es un proceso complejo que combina elementos de ciencia y arte. En el caso de objetos lineales, el equilibrio implica cálculos relativamente simples y métodos estándar. Sin embargo, trabajar con objetos no lineales requiere un profundo conocimiento de la dinámica de rotores, la capacidad de analizar señales de vibración y la habilidad para elegir las estrategias de equilibrio más efectivas.
La experiencia, la intuición y la mejora continua de las habilidades son lo que hace que un equilibrador sea un verdadero maestro de su oficio. Al fin y al cabo, la calidad del equilibrado no solo determina la eficiencia y la fiabilidad del funcionamiento del equipo, sino que también garantiza la seguridad de las personas.
Repetibilidad de la medición
Los problemas de medición también son importantes. La instalación incorrecta de los sensores de vibración, los cambios en los puntos de medición o la orientación incorrecta del sensor afectan directamente tanto la amplitud como la fase. Para el equilibrado, no basta con medir la vibración; la repetibilidad y la estabilidad de las mediciones son fundamentales. Por ello, en la práctica, es fundamental controlar estrictamente la ubicación y la orientación del montaje de los sensores.
Enfoque práctico para objetos no lineales
El equilibrio de un objeto no lineal no comienza siempre con la instalación de un peso de prueba, sino con la evaluación del comportamiento vibratorio. Si la amplitud y la fase varían considerablemente con el tiempo, cambian de un inicio a otro o reaccionan bruscamente a pequeñas variaciones de velocidad, la primera tarea es lograr el modo de funcionamiento más estable posible. Sin esto, cualquier cálculo será aleatorio.
El primer paso práctico es elegir la velocidad correcta. Los objetos no lineales son extremadamente sensibles a la resonancia, por lo que el balanceo debe realizarse a una velocidad lo más alejada posible de las frecuencias naturales. Esto a menudo implica moverse por debajo o por encima del rango operativo habitual. Incluso si la vibración a esta velocidad es mayor, pero estable, es preferible al balanceo en una zona resonante.
A continuación, es importante minimizar todas las fuentes de no linealidad adicional. Antes de equilibrar, se deben revisar y apretar todos los sujetadores, eliminar las holguras en la medida de lo posible e inspeccionar los soportes y las unidades de rodamientos para detectar holguras. El equilibrio no compensa las holguras ni la fricción, pero podría ser posible si estos factores se estabilizan.
Al trabajar con un objeto no lineal, no se deben usar pesas de prueba pequeñas por costumbre. Una pesa de prueba demasiado pequeña a menudo no logra que el sistema alcance una región repetible, y el cambio de vibración se vuelve comparable al ruido de inestabilidad. La pesa de prueba debe ser lo suficientemente grande como para causar un cambio claro y reproducible en el vector de vibración, pero no tan grande como para cambiar el régimen de funcionamiento del objeto.
Las mediciones deben realizarse rápidamente y en condiciones idénticas. Cuanto menos tiempo transcurra entre mediciones, mayor será la probabilidad de que los parámetros dinámicos del sistema se mantengan inalterados. Es recomendable realizar varias ejecuciones de control sin modificar la configuración para confirmar que el objeto se comporta de forma consistente.
Es fundamental fijar los puntos de montaje del sensor de vibración y su orientación. En el caso de objetos no lineales, incluso un pequeño desplazamiento del sensor puede causar cambios notables en la fase y la amplitud, que podrían interpretarse erróneamente como efecto del peso de prueba.
En los cálculos, no se debe prestar atención a la concordancia numérica exacta, sino a las tendencias. Si la vibración disminuye consistentemente con correcciones sucesivas, esto indica que el equilibrio avanza en la dirección correcta, incluso si los coeficientes de influencia no convergen formalmente.
No se recomienda almacenar y reutilizar los coeficientes de influencia de objetos no lineales. Incluso si un ciclo de balanceo es exitoso, durante el siguiente inicio, el objeto podría entrar en un régimen diferente y los coeficientes anteriores dejarán de ser válidos.
Cabe recordar que equilibrar un objeto no lineal suele ser un compromiso. El objetivo no es lograr la mínima vibración posible, sino lograr que la máquina alcance una condición estable y repetible con un nivel de vibración aceptable. En muchos casos, esta es una solución temporal hasta que se reparen los rodamientos, se restablezcan los soportes o se modifique la estructura.
El principio práctico fundamental es estabilizar primero el objeto, luego equilibrarlo y, solo después, evaluar el resultado. Si no se logra la estabilización, el equilibrio debe considerarse una medida auxiliar, no una solución definitiva.
Técnica de peso de corrección reducido
En la práctica, al equilibrar objetos no lineales, otra técnica importante suele resultar eficaz. Si el instrumento calcula un peso de corrección mediante un algoritmo estándar, instalar el peso calculado completo suele empeorar la situación: la vibración puede aumentar, la fase puede saltar y el objeto puede cambiar a un modo de funcionamiento diferente.
En tales casos, resulta eficaz instalar un peso de corrección reducido, dos o incluso tres veces menor que el valor calculado por el instrumento. Esto ayuda a evitar que el sistema salga de la región condicionalmente lineal y entre en un régimen no lineal. En efecto, la corrección se aplica suavemente, con pequeños incrementos, sin causar un cambio brusco en los parámetros dinámicos del objeto.
Tras instalar el peso reducido, se debe realizar una prueba de control para evaluar la tendencia de la vibración. Si la amplitud disminuye de forma constante y la fase se mantiene relativamente estable, se puede repetir la corrección con el mismo método, acercándose gradualmente al nivel mínimo de vibración alcanzable. Este método gradual suele ser más fiable que instalar de una sola vez el peso de corrección calculado.
Esta técnica es especialmente eficaz para objetos con holgura, fricción seca y soportes blandos-duros, donde la corrección calculada completa saca inmediatamente al sistema de la zona lineal condicional. El uso de masas de corrección reducidas permite que el objeto se mantenga en el régimen operativo más estable y permite obtener un resultado práctico incluso cuando el equilibrado se considera formalmente imposible.
Es importante comprender que esto no se trata de un error del instrumento, sino de una consecuencia de la física de los sistemas no lineales. El instrumento calcula correctamente un modelo lineal, mientras que el ingeniero adapta el resultado en la práctica al comportamiento real del sistema mecánico.
Principio final
En definitiva, un balanceo exitoso no se trata simplemente de calcular un peso y un ángulo. Requiere comprender el comportamiento dinámico del objeto, su linealidad, estabilidad vibratoria y distancia a las condiciones de resonancia. El Balanset-1A proporciona todas las herramientas necesarias para la medición, el análisis y el cálculo, pero el resultado final siempre depende del estado mecánico del propio sistema. Esto es lo que distingue un enfoque formal de la práctica real de la ingeniería en el diagnóstico de vibraciones y el balanceo de rotores.
Preguntas y respuestas
Esto indica que se trata de un objeto no lineal. En un objeto lineal, la amplitud de la vibración es proporcional al desequilibrio y la fase varía en el mismo ángulo que la posición angular del peso. Cuando se violan estas condiciones, el coeficiente de influencia deja de ser constante y el algoritmo de equilibrado estándar empieza a generar errores. Las causas típicas son las holguras de los rodamientos, los soportes sueltos, la fricción y el funcionamiento cercano a la resonancia.
Un objeto lineal es un sistema de rotor en el que, a la misma velocidad de rotación, la amplitud de la vibración es directamente proporcional a la magnitud del desequilibrio, y la fase de vibración sigue estrictamente la posición angular de la masa desequilibrada. Para estos objetos, el coeficiente de influencia es constante e independiente de la masa del peso de prueba.
Un objeto no lineal es un sistema en el que se viola la proporcionalidad entre la vibración y el desequilibrio, o bien la constancia de la relación de fase. La amplitud y la fase de la vibración comienzan a depender de la masa del peso de prueba. Esto suele estar asociado con holguras de cojinetes, desgaste, fricción en seco, apoyos blandos-duros o el acoplamiento de elementos estructurales más rígidos.
Sí, pero el resultado es inestable y depende del modo de operación. El balanceo solo es posible dentro de un rango limitado donde el objeto se comporta de forma lineal condicional. Fuera de este rango, los coeficientes de influencia cambian y se pierde la repetibilidad del resultado.
El coeficiente de influencia mide la sensibilidad de la vibración a los cambios de desequilibrio. Muestra cuánto cambiará el vector de vibración al instalar un peso de prueba conocido en un plano determinado a una velocidad dada.
El coeficiente de influencia es inestable si el objeto no es lineal, si la vibración es inestable con el tiempo o si hay resonancia, calentamiento térmico, fijaciones sueltas o condiciones de fricción cambiantes. En tales casos, los arranques repetidos producen valores de amplitud y fase diferentes.
Los coeficientes de influencia almacenados solo pueden utilizarse para rotores idénticos que operen a la misma velocidad, en las mismas condiciones de instalación y con la misma rigidez de soporte. El objeto debe ser lineal y estable a las vibraciones. Incluso un ligero cambio en las condiciones hace que los coeficientes antiguos pierdan fiabilidad.
Durante el calentamiento, las holguras de los rodamientos, la rigidez del soporte, la viscosidad del lubricante y el nivel de fricción varían. Esto altera los parámetros dinámicos del sistema y, en consecuencia, modifica la amplitud y la fase de la vibración.
La inestabilidad de la vibración es un cambio en la amplitud o fase a lo largo del tiempo a una velocidad de rotación constante. El balanceo se basa en la comparación de vectores de vibración, por lo que cuando la vibración es inestable, la comparación pierde su significado y el cálculo se vuelve poco fiable.
Hay inestabilidad estructural inherente, inestabilidad de “progreso” lento, variación de un inicio a otro, inestabilidad relacionada con el calentamiento e inestabilidad relacionada con la resonancia cuando se opera cerca de frecuencias naturales.
En la zona de resonancia, incluso un pequeño desequilibrio provoca un aumento brusco de la vibración, y la fase se vuelve extremadamente sensible a pequeños cambios. En estas condiciones, el objeto se vuelve no lineal y los resultados del equilibrio pierden su significado físico.
Los signos típicos son un aumento brusco de la vibración con pequeños cambios de velocidad, una fase inestable, amplios baches en el espectro y una alta sensibilidad de la vibración a pequeñas variaciones de RPM. A menudo se observa un máximo de vibración durante la aceleración o la desaceleración.
La vibración alta puede deberse a resonancia, estructuras sueltas, defectos en los cimientos o problemas en los rodamientos. En estos casos, el balanceo no eliminará la causa de la vibración.
El desplazamiento de vibración caracteriza la amplitud del movimiento, la velocidad de vibración caracteriza la velocidad de este movimiento y la aceleración de vibración caracteriza la aceleración. Estas magnitudes están relacionadas, pero cada una es más adecuada para detectar ciertos tipos de defectos y rangos de frecuencia.
La velocidad de vibración refleja el nivel de energía de la vibración en un amplio rango de frecuencia y es conveniente para evaluar el estado general de las máquinas de acuerdo con las normas ISO.
La conversión correcta solo es posible para vibraciones armónicas de una sola frecuencia. Para espectros de vibración complejos, estas conversiones solo proporcionan resultados aproximados.
Las posibles causas incluyen resonancia, defectos en la cimentación, fijaciones sueltas, desgaste de los rodamientos, desalineación o no linealidad del objeto. El balanceo solo elimina el desequilibrio, no otros defectos.
Si no se detectan defectos mecánicos y la vibración no disminuye tras el balanceo, es necesario analizar la distribución de la vibración en la máquina y la cimentación. Los signos típicos son una alta vibración en la carcasa y la base, y desfases entre los puntos de medición.
La instalación incorrecta del sensor distorsiona la amplitud y la fase, reduce la repetibilidad de la medición y puede generar conclusiones de diagnóstico incorrectas y resultados de equilibrado erróneos.
La vibración se distribuye de forma desigual en toda la estructura. La rigidez, las masas y las formas modal son diferentes, por lo que la amplitud y la fase pueden variar significativamente de un punto a otro.
Por regla general, no. El desgaste y el aumento de las holguras hacen que el objeto no sea lineal. El equilibrado se vuelve inestable y no ofrece un resultado duradero. Solo se admiten excepciones con holguras de diseño y condiciones estables.
El arranque genera elevadas cargas dinámicas. Si la estructura se afloja, las posiciones relativas de los elementos cambian tras cada arranque, lo que provoca cambios en los parámetros de vibración.
El balanceo en serie es posible para rotores idénticos instalados en condiciones idénticas, con estabilidad de vibración y ausencia de resonancia. En este caso, los coeficientes de influencia del primer rotor pueden aplicarse a los siguientes.
Generalmente, esto se debe a cambios en la rigidez del soporte, diferencias de ensamblaje, cambios en la velocidad de rotación o la transición del objeto a un régimen operativo no lineal.
Reducción de la vibración a un nivel estable manteniendo la repetibilidad de la amplitud y la fase de inicio a inicio, y la ausencia de signos de resonancia o no linealidad.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 
0 comentarios