Fundamentos de la vibración en lenguaje sencillo

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Este capítulo contiene la teoría mínima necesaria para trabajar con el Balanset-1A de forma consciente, y no simplemente pulsando botones.

Qué es la vibración y por qué vibra la máquina

Cualquier rotor giratorio (el tambor de una trituradora, el rodete de un ventilador, un eje) tiene idealmente su centro de masa exactamente sobre el eje de rotación. En la realidad siempre existe un ligero desplazamiento de masa — desequilibrio. A medida que el rotor gira, el “punto pesado” lo desplaza lateralmente en cada vuelta, generando una fuerza centrífuga que hace vibrar la máquina a la frecuencia de rotación.

Importante: el desequilibrio es solo una de las causas de la vibración. La máquina también vibra debido a:

• holgura y desgaste de los rodamientos,
• desalineación del eje (acoplamientos, correas),
• grietas y elementos de fijación sueltos (pernos, bastidor),
• un eje doblado,
• resonancia estructural,
• fuerzas aerodinámicas y electromagnéticas (ventiladores, variadores de frecuencia).

El balanceo elimina únicamente el desequilibrio. Todo lo demás debe repararse, no balancearse. De ahí la regla de oro: el equipo no puede “balancear” una máquina averiada.

En qué unidades se mide la vibración

El Balanset-1A mide velocidad de vibración — el valor RMS en mm/s. Esta es la magnitud estándar para evaluar el estado de la máquina en el rango de frecuencias de trabajo.

Una escala rápida de evaluación aproximada (basada en ISO 10816/20816, detalles en el capítulo 06):

Para la maquinaria agrícola (trituradoras, segadoras) los límites son más flexibles: hasta 4,8 mm/s está bien, hasta 7,1 mm/s sobre apoyos blandos, y considerando las condiciones de trabajo, “por debajo de 8 mm/s ya es bueno”.

Frecuencia, RPM y armónicos

Supongamos que un rotor gira a 3000 rpm. Eso equivale a 50 revoluciones por segundo = 50 HzLa vibración se descompone en componentes de frecuencia — el espectro (FFT). El espectro muestra “quién está causando la vibración”:

• 1x (frecuencia de rotación) — la firma clásica de desequilibrio. Este es el componente que reduce el balanceo.
• 2x, 3x (segundo, tercer armónico) — con más frecuencia desalineamiento del eje, elementos de fijación sueltos, un eje doblado. Si 2x es mayor que 1x, es demasiado pronto para balancear; busque primero desalineación u holgura.
• Frecuencias altas, “ruido” — defectos de rodamientos y del engrane de engranajes.
• Frecuencias bajas no relacionadas con las RPM — cimentación/soportes sueltos, aerodinámica.
• Múltiplos de la frecuencia de red (por ejemplo, 6 × 50 Hz = 300 Hz) — interferencia electromagnética de un variador de frecuencia. Prueba: apague el variador durante la desaceleración libre — si el pico desaparece, es de origen eléctrico, no mecánico.

Una regla práctica del soporte técnico: si un pico del espectro se desplaza proporcionalmente al cambiar las RPM, es un armónico de rotación; si permanece fijo — es una resonancia estructural o una fuente externa.

Qué aspecto tiene en pantalla:

Fase — “hacia dónde apunta el punto pesado”

Además de la amplitud, el equipo mide fase — el ángulo entre el pulso del tacómetro (la marca reflectante que pasa frente al láser) y el máximo de vibración. La fase indica DÓNDE se encuentra el desequilibrio. A partir del cambio de amplitud y fase tras instalar un peso de prueba, el equipo calcula la masa y el ángulo del peso de corrección — el método del coeficiente de influencia.

Consecuencias prácticas:

• la marca del tacómetro no debe volver a pegarse entre mediciones — el “cero” de fase se desplaza. Tampoco se debe mover ni reorientar el tacómetro;
• las RPM deben ser las mismas en todas las mediciones de una serie;
• la fase debe ser estable de una medición a otra (dispersión no superior a ~10–20°). Si la fase varía, no se puede confiar en la medición; busque una causa mecánica o resonancia.

Resonancia — el peor enemigo del balanceo

Toda estructura (rotor + soportes + bastidor) tiene frecuencias naturales. Si las RPM de trabajo coinciden con una frecuencia natural, resonancia se produce: la vibración se dispara, la fase salta erráticamente, los cálculos del equipo dejan de converger, y “el equipo sigue pidiendo más peso”.

Señales de resonancia:

• un pequeño cambio de RPM altera la vibración varias veces;
• tras instalar el peso calculado, la vibración aumenta en lugar de disminuir;
• la amplitud y la fase son inestables incluso sin cambiar las condiciones.

Qué hacer: balancear a otras RPM — normalmente debajo de la resonancia. La receta típica para trituradoras: balanceo preliminar a 600–900 rpm y luego pasar a las RPM de trabajo. Las versiones recientes del software cuentan con una RunDown (coast-down) chart — acelere el rotor, corte el accionamiento y registre la desaceleración libre: los picos revelan las frecuencias de resonancia, y usted elige las RPM de balanceo entre ellas.

Ejemplo real: el rotor de un cliente no se dejaba balancear a 1600 rpm, pero se balanceaba bien a 1000 rpm. La causa: una resonancia cerca de 1600.

Linealidad, y por qué se instala la mitad de la masa

El cálculo del equipo asume que el sistema es lineal: el doble de peso — el doble de respuesta. En máquinas rígidas con una buena cimentación, esto es aproximadamente cierto. Pero una trituradora montada en un tractor, una máquina sobre apoyos blandos o una estructura con holguras y grietas se comporta de forma no lineal: la respuesta a un peso a menudo no es proporcional.

De ahí la regla probada en la práctica: instale 1/2 (en máquinas en mal estado, 1/3) de la masa calculada y realice una medición de control. El equipo refinará entonces el resto. Esto es más rápido que volver a soldar un peso enorme que “se pasó” del objetivo.

Desequilibrio estático y dinámico

Estático — el punto pesado está en un solo lado del rotor. Un rotor detenido sobre apoyos libres girará por sí solo hasta quedar con el lado pesado hacia abajo. Se corrige con un único peso en un plano.

Dinámica — puntos pesados en extremos y lados distintos del rotor. El rotor no solo vibra, sino que “se tambalea” al girar. Se necesitan pesos en dos planos. No se puede detectar de forma estática: al girar el rotor 90° los dos pesos parecen contrarrestarse entre sí, pero en movimiento cada punto pesado tira hacia su propio lado.

¿Un plano o dos?

• Un plano — rotores estrechos (discos, poleas, rodetes estrechos). Regla práctica de ISO 21940-11: si el ancho del rotor es inferior a la mitad de su diámetro (relación ~1:2; en la práctica, soporte técnico recomienda 1:3), un plano es suficiente.
• Dos aviones — rotores largos (tambores de trituradora, ejes, rotores de cosechadora, ventiladores a 3000 rpm y superiores). El desequilibrio en los dos extremos del rotor se influye mutuamente, por lo que el equipo mide dos canales simultáneamente (sensores X1 y X2) y calcula ambos pesos a la vez.

Grados de calidad de balanceo G (ISO 1940 / ISO 21940-11)

El desequilibrio residual se especifica en g-mm mediante grados G:

Cuanto mayores sean las RPM y menor el rotor, más estricto es el grado. El software Balanset dispone de una calculadora de tolerancias: introduzca la masa del rotor, las RPM y el grado G, y devuelve el desequilibrio residual admisible en g·mm por plano. Ejemplo real: un rotor de 80 kg a 3000 rpm, G6.3 → tolerancia ≈ 802 g·mm por plano.

No confunda los dos sistemas de evaluación:

• mm/s (velocidad de vibración) — evaluación de la máquina ya montada en su lugar, según ISO 10816/20816;
• g-mm (desequilibrio residual) — evaluación del propio rotor, según ISO 1940/21940. Las máquinas balanceadoras trabajan en g·mm; el balanceo en campo generalmente se controla en mm/s.

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