Comprensión del desequilibrio en maquinaria rotativa
Desequilibrio — utilizado indistintamente con desequilibrar — es la condición en la que un rotor‘s el centro de masa no coincide con su eje de rotación. La masa se distribuye de forma irregular alrededor del eje, de modo que cuando el rotor gira, la masa descentrada genera una fuerza neta fuerza centrífuga que arrastra al rotor fuera de su centro y hace vibrar toda la máquina. Este desplazamiento del centro de masa respecto al centro geométrico es el excentricidad, y la vibración que produce convierte al desequilibrio en el fallo más frecuente en la maquinaria rotativa —y habitualmente el primero que comprueba un diagnosticador.
1. Definición: qué origina la fuerza
La fuerza perturbadora es centrífuga: F = m·r·ω², donde m·r es el desequilibrio (la masa descentrada multiplicada por su radio) y ω es la velocidad angular. Se derivan inmediatamente dos consecuencias. En primer lugar, la fuerza gira con el eje, por lo que actúa sobre los rodamientos una vez por revolución. En segundo lugar, escala con el cuadrado de la velocidad — un rotor que parece estar bien al girarlo lentamente a mano puede resultar perjudicial a plenas RPM, razón por la cual los calidad de equilibrado requisitos se endurecen significativamente a medida que aumenta la velocidad de servicio. El desequilibrio se cuantifica como una masa por un radio, convencionalmente en gramo-milímetros (g·mm), porque tanto la cantidad de masa descentrada como la distancia a la que se encuentra del eje determinan la fuerza.
2. Diagnóstico del desequilibrio: la firma clásica
El desequilibrio es relativamente sencillo de identificar porque su vibración firma es muy consistente —una razón fundamental por la que constituye el punto de partida natural en análisis de vibraciones:
- Frecuencia: la vibración se sitúa exactamente en 1× la velocidad de rotación (the velocidad de funcionamiento). Acelere o reduzca la velocidad de la máquina y el pico la sigue perfectamente.
- Dirección: la energía es predominantemente radial — horizontal y vertical — con generalmente poca axial vibración (axial).
- Amplitud: proporcional al cuadrado de la velocidad de rotación, de modo que duplicar la velocidad cuadruplica aproximadamente la fuerza de desequilibrio y la vibración resultante.
- Fase: the 1× fase la lectura es estable y repetible, lo que permite localizar el punto pesado.
Porque un pico dominante a 1× también puede originarse en desalineación, a eje doblado o resonancia, un analista cuidadoso confirma el desequilibrio por su whole patrón: 1× elevado, bajo armonía, energía predominantemente radial y una fase estable. Un componente elevado a 2×, por el contrario, orienta el diagnóstico hacia la desalineación o holgura mecánica.
3. Los Tres Tipos de Desequilibrio
desequilibrio estático
También denominado “desequilibrio de fuerza,” es el tipo más sencillo, en el que la masa está desplazada en un único plano — piense en un solo punto pesado sobre un disco delgado. Es “estático” porque se manifiesta en reposo: apoyado sobre cuchillas sin fricción, el rotor gira hasta que el punto pesado queda en la parte inferior. Un único contrapeso colocado 180° en el lado opuesto al punto pesado lo corrige, el ámbito de equilibrado de un solo plano.
Desequilibrio de par (couple)
Dos puntos pesados iguales en extremos opuestos del rotor, separados 180°, se cancelan como fuerza resultante pero forman un pareja — un momento de cabeceo que hace girar el rotor de extremo a extremo. Dicho rotor está estáticamente equilibrado (no rodará sobre las cuchillas) pero vibra severamente en funcionamiento, y se necesitan dos masas correctoras en dos planos separados para cancelar el momento.
desequilibrio dinámico
La condición presente en casi toda la maquinaria real, el desequilibrio dinámico combina los efectos estático y de par. Su corrección exige cambios de masa en al menos dos planos a lo largo del rotor — equilibrado dinámico (en dos planos). Cuando los componentes estático y de par se alinean angularmente, el caso especial se denomina desequilibrio cuasiestático.
4. Causas frecuentes
El desequilibrio puede existir desde la fabricación o desarrollarse durante el funcionamiento. Entre sus fuentes más frecuentes se incluyen:
- Defectos de fabricación: Porosidad en piezas fundidas, densidad desigual del material y tolerancias de mecanizado.
- Errores de montaje: componentes mal instalados, tornillos apretados de forma desigual o chavetas desalineadas.
- Desgaste y deterioro: erosión irregular, corrosión o tener puesto en las aspas del ventilador y la bomba impulsores.
- Acumulación de material: suciedad, polvo o producto acumulado en los rotores de ventiladores, sopladores y centrífugas.
- Fallo de un componente: un contrapeso desprendido o una paleta rota genera instantáneamente un desequilibrio severo.
5. Por qué Es Fundamental Corregir el Desequilibrio
Dejar que una máquina funcione con un desequilibrio significativo la perjudica de forma continua, porque la fuerza cíclica carga la estructura en cada revolución:
- Fallo prematuro de los rodamientos: los rodamientos soportan cargas dinámicas elevadas y se desgastan rápidamente.
- Fatiga y agrietamiento: el estrés repetido acumula fatiga daños en el eje, la bancada y las piezas circundantes.
- Menor eficiencia: la energía se disipa en forma de vibración y calor en lugar de producción útil.
- Riesgos para la seguridad: en casos extremos, un desequilibrio severo puede provocar un fallo catastrófico.
6. Corrección del desequilibrio en campo
El desequilibrio se corrige mediante un proceso sistemático equilibrando procedimiento — una de las medidas individuales más eficaces para mejorar la fiabilidad de la maquinaria. El objetivo no es un desequilibrio nulo, sino uno pequeño y bien definido desequilibrio residual dentro de tolerancia. Los límites aceptados provienen de la Grado G system of ISO 21940-11 (que absorbió la antigua ISO 1940-1); la vibración resultante se evalúa entonces con los límites de severidad establecidos en ISO 20816 (el sucesor moderno de la ISO 10816). Una herramienta gratuita de Calculadora de desequilibrio residual (ISO 21940-11) convierte el grado elegido y la velocidad de funcionamiento en el valor permisible de g·mm por plano.
En una máquina montada, el trabajo se realiza en campo en lugar de en un máquina equilibradora. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y la fase de la componente 1×, determina el coeficientes de influencia de un peso de pruebadel rotor’, y calcula la masa y el ángulo de cada peso de corrección para el equilibrado en uno o dos planos equilibrado de campo. Como trabaja en los propios cojinetes de la máquina a velocidad de funcionamiento, corrige el desequilibrio y verifica que el desequilibrio residual se sitúa dentro del grado ISO elegido.
