Comprensión de la sensibilidad al balanceo
Sensibilidad de equilibrado —también conocido como desequilibrio residual mínimo alcanzable (MARU)— es la cantidad mínima de desequilibrio que se pueda detectar, medir y corregir de forma fiable durante un equilibrando procedimiento. Es el límite práctico que determina el grado de precisión con el que un rotor puede equilibrarse o ajustarse en función de las capacidades del equipo de medición y del comportamiento del sistema rotor-cojinete, y el entorno circundante. La sensibilidad es importante porque determina si un determinado tolerancia de equilibrado se puede alcanzar realmente: si la tolerancia requerida es menor que la sensibilidad del sistema, no es posible cumplir con la especificación, por mucho cuidado que se ponga en el trabajo.
1. Por qué es importante la sensibilidad del equilibrado
Cuantificar la sensibilidad es esencial por varias razones:
- Estudio de viabilidad: antes de empezar un trabajo, la sensibilidad indica si la calidad de equilibrio requerida es realmente alcanzable.
- Selección de equipos: Sirve de guía para elegir el instrumento de equilibrado y los sensores con la resolución adecuada para la aplicación.
- Análisis de costes y beneficios: Una sensibilidad muy alta requiere equipos costosos y procedimientos que llevan mucho tiempo, por lo que los requisitos deben ajustarse a las necesidades operativas reales.
- Solución de problemas: Cuando la calidad del balance no es la esperada, un análisis de sensibilidad permite distinguir entre un límite real del equipo y un error de procedimiento o una avería mecánica en el sistema del rotor.
- Control de calidad: La sensibilidad documentada constituye una prueba objetiva de lo que el sistema de equilibrado puede ofrecer realmente.
2. Factores que influyen en la sensibilidad del equilibrado
Son muchos los factores que influyen en la sensibilidad que se puede alcanzar; estos se pueden clasificar en cuatro grupos.
Factores relacionados con el sistema de medición
- Resolución del sensor: el cambio de vibración más pequeño que el acelerómetro o que el transductor pueda detectar.
- Relación señal-ruido: Las vibraciones de fondo procedentes de la maquinaria adyacente, el ruido eléctrico o el movimiento del suelo pueden enmascarar el pequeño cambio que produce un desequilibrio.
- Precisión de los instrumentos: la precisión con la que el analizador de vibraciones resuelve amplitud y fase.
- Precisión del tacómetro: La precisión de fase depende de una referencia limpia y precisa, de una vez por revolución, procedente del sensor de fase de referencia (keyphasor) o tacómetro.
- Resolución digital: la resolución del convertidor A/D y la FFT El ancho de los intervalos limita la precisión que se puede alcanzar.
Características del sistema de cojinetes del rotor
- Respuesta dinámica: la intensidad con la que el sistema responde a una unidad de desequilibrio — la magnitud de la coeficiente de influencia. Un sistema con baja respuesta necesita un desequilibrio mayor para producir una vibración medible.
- Tipo y estado de los cojinetes: Los cojinetes desgastados con holgura excesiva o comportamiento no lineal reducen la sensibilidad.
- Resonancias estructurales: operar cerca resonancia amplifica la respuesta y mejora la sensibilidad, mientras que alejarse de ella reduce la respuesta.
- Amortiguación: muy amortiguado Estos sistemas amortiguan las vibraciones y reducen la sensibilidad.
- Rigidez de la cimentación: Una base flexible o elástica absorbe la energía de las vibraciones, reduciendo la respuesta medible ante un desequilibrio determinado.
Factores operativos y medioambientales
- Velocidad de funcionamiento: desequilibrio fuerza centrífuga aumenta con el cuadrado de la velocidad, por lo que la sensibilidad mejora notablemente a velocidades más altas.
- Variables de proceso: El caudal, la presión, la temperatura y la carga pueden, por separado, generar vibraciones que enmascaren la señal de desequilibrio.
- Condiciones ambientales: Las variaciones de temperatura, el viento y las vibraciones del suelo alteran la medición.
- Repetibilidad: Si las condiciones de funcionamiento varían entre una medición y otra, la sensibilidad efectiva disminuye, incluso cuando el instrumento funciona correctamente.
Precisión de colocación del peso
- Resolución de masas: el incremento de peso más pequeño disponible; por ejemplo, solo poder añadir masa en incrementos de 1 gramo.
- Precisión de posicionamiento angular: con qué precisión un peso de corrección puede situarse en un ángulo.
- Coherencia de la posición radial: variación en el radio al que se fijan realmente los pesos.
3. Determinación de la sensibilidad del equilibrado
Es mejor determinar la sensibilidad mediante experimentos que darla por sentada.
Procedimiento
- Establecer una referencia: Equilibrar el rotor hasta alcanzar el desequilibrio residual más bajo posible mediante métodos habituales.
- Añada un peso pequeño de valor conocido: coloque un pequeño peso de valor conocido con precisión peso de prueba en un ángulo conocido —por ejemplo, 5 gramos a 0°.
- Mide la respuesta: poner en marcha la máquina y registrar la variación del vector de vibración.
- Evaluar la detectabilidad: si la variación es claramente cuantificable y destaca sobre el ruido —por lo general, una variación de entre dos y tres veces el nivel de ruido de la medición—, el desequilibrio es detectable.
- Iterar: Repítase el proceso con pesos cada vez más pequeños hasta que el cambio ya no se pueda distinguir del ruido de la medición. La última cantidad detectable de forma fiable es la sensibilidad.
Regla de oro
As a guide, the minimum detectable unbalance is the amount that produces a vibration change of at least two to three times the background noise level or the measurement repeatability, whichever is the larger. Any smaller response cannot be reliably distinguished from noise.
4. Valores típicos de sensibilidad
La sensibilidad que se puede alcanzar varía considerablemente en función del sistema y del equipo.
Máquinas de equilibrado de alta precisión (entorno de taller)
- Sensibilidad: de 0,1 a 1 g·mm por kg de masa del rotor.
- Aplicaciones: rotores de turbinas, husillos de precisión, equipos de alta velocidad.
- Realizable Grados G: G 0,4 a G 2,5.
Equilibrado in situ con equipos portátiles
- Sensibilidad: de 5 a 50 g·mm por kg de masa del rotor.
- Aplicaciones: la mayor parte de la maquinaria industrial —ventiladores, motores, bombas.
- Grados G que se pueden obtener: de G 2,5 a G 16.
Maquinaria de gran tamaño y baja velocidad (in situ)
- Sensibilidad: de 100 a 1000 g·mm por kg de masa del rotor.
- Aplicaciones: Trituradoras grandes, molinos de baja velocidad, rotores masivos.
- Grados G alcanzables: de G 16 a G 40+.
Estas bandas explican por qué equilibrado de campo alcanza una calidad aceptable, pero no de laboratorio: la máquina montada, su base y su entorno se interponen entre el rotor y el sensor.
5. Mejora de la sensibilidad de equilibrio
Cuando una tarea requiere una mayor sensibilidad de la que ofrece actualmente el sistema, existen varias opciones disponibles.
Actualizaciones de los equipos
- Instale sensores de mayor calidad, con mejor resolución y menos ruido.
- Cambie a un analizador de vibraciones más preciso.
- Mejorar la precisión del tacómetro o de la referencia de fase.
Optimización de las técnicas de medición
- Calcular la media de varias mediciones para eliminar el ruido aleatorio.
- Equilibre a mayor velocidad, donde las fuerzas de desequilibrio son mayores.
- Optimizar el montaje de los sensores: más cerca de los cojinetes y con una fijación más rígida.
- Proteger los sensores contra las interferencias electromagnéticas.
- Controlar el entorno: estabilidad de la temperatura y aislamiento de vibraciones.
Modificaciones del sistema
- Reforzar las cimentaciones para reducir la atenuación de las vibraciones.
- Sustituir los cojinetes desgastados para recuperar una respuesta lineal.
- Aislar la máquina de fuentes de vibración externas
Mejoras en los procedimientos
- Utilice calibración permanente para reducir el número de pruebas necesarias.
- Aplicar técnicas de refinamiento del coeficiente de influencia.
- Realizar un seguimiento de la repetibilidad de las mediciones mediante el control estadístico de procesos.
6. Sensibilidad frente a tolerancia: una relación fundamental
Para que el equilibrio funcione, la sensibilidad y la tolerancia deben estar en la proporción adecuada.
La condición necesaria
Sensibilidad de equilibrado ≤ (tolerancia especificada / 4)
Esta «regla del 4:1» garantiza que el sistema de equilibrado disponga de suficiente margen para alcanzar la tolerancia requerida de forma fiable, con un margen de seguridad adecuado.
Ejemplo
Si la tolerancia especificada es 100 g·mm:
- Sensibilidad requerida: ≤ 25 g·mm.
- Si la sensibilidad real es de 30 g·mm, será difícil mantener la tolerancia de forma constante.
- Si la sensibilidad real es de 10 g·mm, la tolerancia se cumple fácilmente, con un amplio margen.
Se puede deducir el lado de la tolerancia admisible de esta relación para cualquier rotor mediante la Calculadora de desequilibrio residual (ISO 21940-11), y evaluar el lado del instrumento —la respuesta de una equilibradora ante una masa de prueba conocida— con el Calculadora de sensibilidad de máquinas equilibradoras (ISO 21940-31).
7. Sensibilidad de equilibrado sobre el terreno
En la maquinaria instalada, la sensibilidad es precisamente lo que determina si un equilibrado in situ puede alcanzar el grado deseado o si el rotor debe enviarse a un taller. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A demuestra su sensibilidad operativa en la práctica en el momento en que se añade un peso de prueba: al medir el cambio de amplitud y fase que produce una masa conocida, calcula los coeficientes de influencia del rotor y revela cuán pequeño puede ser un desequilibrio para que aún pueda detectarse por encima del ruido de fondo predominante. Dado que funciona en los propios cojinetes de la máquina a velocidad de funcionamiento —donde la fuerza de desequilibrio es mayor—, capta la mejor sensibilidad que permiten esas condiciones reales y, a continuación, verifica el resultado final desequilibrio residual respecto a la tolerancia seleccionada.
8. Implicaciones prácticas y documentación
Comprender la sensibilidad tiene consecuencias directas en la forma en que se presupuestan, se especifican y se aprueban los trabajos de equilibrado:
- Cita de trabajo: La sensibilidad determina si un trabajo se puede realizar con el equipo disponible o si requiere unas instalaciones especializadas.
- Redacción de especificaciones: Las especificaciones de tolerancia deben ser realistas en función de la sensibilidad disponible, y no meras aspiraciones.
- Control de calidad: La sensibilidad documentada proporciona una base objetiva para determinar si un mal resultado se debe a una limitación del equipo o a un error en el procedimiento.
- Justificación de la adquisición del equipo: Un requisito de sensibilidad cuantificado es el argumento más claro a favor de invertir en un sistema de mayor precisión.
Por lo tanto, los informes de equilibrado profesionales deben incluir el método utilizado para determinar la sensibilidad, el desequilibrio mínimo detectable (MARU) medido, la repetibilidad de la medición (la desviación estándar de las lecturas repetidas), la comparación de la sensibilidad con la tolerancia especificada (el índice de capacidad) y una declaración explícita de conformidad; por ejemplo: «La sensibilidad del sistema de X g·mm es adecuada para alcanzar la tolerancia especificada de Y g·mm».
