Comprensión de la excentricidad en maquinaria rotatoria

Definición: ¿Qué es la excentricidad?

En el contexto de la dinámica del rotor, excentricidad Se refiere a la distancia radial o desplazamiento entre el centro de masa de un rotor (también llamado centro de gravedad) y su centro geométrico (el verdadero centro de su forma o eje). En un rotor perfectamente equilibrado, estos dos centros coincidirían. Sin embargo, debido a imperfecciones de fabricación y a la densidad no uniforme del material, casi siempre existe cierta excentricidad inherente. Cuando un rotor excéntrico gira, el centro de masa desplazado genera una fuerza centrífuga, que es la causa principal de la vibración debido a desequilibrar.

La relación directa entre la excentricidad y el desequilibrio

La excentricidad y el desequilibrio están estrechamente relacionados. El desequilibrio es la *medida* del efecto de la excentricidad a una velocidad dada, mientras que la excentricidad es la *causa física*. La magnitud del desequilibrio es directamente proporcional a la masa del rotor y a su excentricidad.

La fórmula es sencilla:

Desequilibrio (U) = Masa (M) × Excentricidad (e)

Esta relación resalta la importancia de la excentricidad. Incluso una excentricidad muy pequeña (de apenas unos pocos micrómetros) en un rotor pesado y de alta velocidad puede generar una enorme fuerza de desequilibrio, lo que provoca vibraciones severas y un rápido desgaste de los rodamientos.

Tipos de excentricidad

Es importante distinguir entre diferentes formas de excentricidad y las imperfecciones geométricas relacionadas:

1. Excentricidad de masa

Esta es la excentricidad verdadera, tal como se definió anteriormente: el desplazamiento entre el centro de masa y el centro geométrico. Este tipo de excentricidad causa desequilibrio y es el objetivo de todos los procedimientos de equilibrado. No se puede ver ni medir directamente con un comparador de carátula cuando el rotor está parado.

2. Excentricidad geométrica (descentramiento)

Esto se refiere a la desviación de la superficie del rotor con respecto a un círculo perfecto. Es una medida de cuán ovalado está un eje o rotor. Esto también se conoce como descentramiento mecánicoPor ejemplo, un muñón de eje puede ser ligeramente ovalado, o una polea puede estar mecanizada ligeramente descentrada en un eje. Este tipo de imperfección *puede* medirse con un comparador de cuadrante durante un giro lento. Si bien no representa directamente el desequilibrio de masa, una forma geométrica excéntrica a menudo contribuye al desequilibrio de masa.

3. Descentramiento eléctrico

Esto no es una imperfección física, sino un error de medición que se produce con las sondas de proximidad sin contacto. Si la superficie del rotor presenta variaciones en la permeabilidad magnética o la conductividad eléctrica, la sonda puede generar una lectura falsa que simula un descentramiento geométrico. Este ruido debe tenerse en cuenta durante las pruebas dinámicas del rotor.

Causas de la excentricidad

La excentricidad de masa se introduce en los rotores a través de varios medios:

• Tolerancias de fabricación: Ningún proceso de fabricación es perfecto. Siempre habrá pequeños errores en el mecanizado, la fundición y el ensamblaje.
• Densidad de material no uniforme: Las inclusiones, huecos o porosidad dentro de una pieza fundida o forjada significan que el material no es perfectamente homogéneo, lo que provoca que el centro de masa se desplace.
• Diseño asimétrico: Los componentes como los cigüeñales son inherentemente asimétricos.
• Errores de ensamblaje: Una polea o cojinete que no esté perfectamente centrado en un eje creará una masa excéntrica.
• Distorsión térmica: Un calentamiento o enfriamiento desigual puede provocar que un rotor se arquee, desplazando temporalmente su centro de masa. Esto se conoce como vector térmico.

Cómo se aborda la excentricidad

Dado que la excentricidad de la masa es la causa del desequilibrio, se corrige mediante el proceso de equilibrandoAl agregar o quitar pequeñas cantidades de peso, un técnico crea una fuerza opuesta que efectivamente tira de la línea central de masa del rotor para alinearla con su línea central geométrica, minimizando la fuerza centrífuga neta y la vibración resultante.

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