Comprensión del desequilibrio cuasiestático
Desequilibrio cuasiestático es un tipo específico y relativamente poco común de desequilibrio dinámico. Se produce cuando el eje principal de inercia del rotor se cruza con el eje de rotación del árbol, pero no en el centro de gravedad del rotor. En términos sencillos, se trata de una condición que incluye tanto desequilibrio estático y desequilibrio de par — con la particularidad de que los vectores de desequilibrio estático y de par se encuentran en uno y el mismo plano axial. Esa alineación coplanar es lo que le da su nombre y su comportamiento distintivo.
1. Definición: ¿Qué es el desequilibrio cuasiestático?
Para hacerse una idea, recuerde qué es lo que define a un rotor perfectamente equilibrado: su eje principal de inercia coincide con su eje de rotación. Los diferentes tipos de desequilibrio describen las diferentes formas en que esos dos ejes pueden separarse. En el desequilibrio cuasiestático, los dos ejes cruzan — se intersectan — pero el punto de intersección está desplazado a lo largo del eje respecto al centro de gravedad, en lugar de coincidir con él. Geométricamente, se trata de un eje inclinado y desplazado cuyos componentes estático y de par se encuentran en el mismo plano axial; es precisamente esa combinación coplanar la que hace que los dos ejes se intersecten en absoluto.
Al igual que toda forma de desequilibrio dinámico, solo puede medirse completamente mientras el rotor está girando. Dado que toda la condición es equivalente a un único desequilibrio resultante que actúa en un plano axial específico, una única corrección de la magnitud adecuada en ese plano puede eliminarlo — siempre que ese plano sea accesible en la máquina; de lo contrario, se trata como un trabajo ordinario de equilibrado en dos planos. Una comprobación puramente estática sobre cuchillas no puede revelarlo, porque el componente de par solo produce fuerzas durante la rotación.
2. Relación con otros tipos de desequilibrio
Resulta útil situar el desequilibrio cuasiestático junto a las tres categorías estándar:
- Desequilibrio estático: se trata simplemente de un desplazamiento del centro de gravedad respecto al eje del árbol. Esto genera fuerzas centrífugas que son en fase en los dos cojinetes.
- Desequilibrio de par: se trata simplemente de una «oscilación», con puntos de mayor masa en los extremos opuestos y en los lados opuestos. Genera fuerzas que son desfasado 180 grados en los cojinetes.
- desequilibrio dinámico: el caso general: una combinación de desequilibrio estático y de par en cualquier ángulo de fase arbitrario entre sí.
- Desequilibrio cuasiestático: un caso especial de desequilibrio dinámico en el que los vectores de desequilibrio estático y de par se encuentran en el mismo plano axial, por lo que el eje principal inclinado aún cruza el eje del árbol (en un punto distinto del centro de gravedad).
En otras palabras, todo rotor cuasiestático presenta un desequilibrio dinámico, pero solo una coincidencia geométrica concreta le permite merecer la calificación de «cuasiestático».
3. Ejemplo práctico: el rotor en voladizo
El ejemplo clásico de libro de texto es un rotor en voladizo cuyo desequilibrio se encuentra en un único plano alejado del centro de gravedad de la máquina. Pensemos, por ejemplo, en un gran ventilador industrial con un conjunto de palas pesadas montadas en el extremo de un eje largo, más allá de ambos cojinetes.
Supongamos que hay un único punto de mayor masa en el disco del ventilador, es decir, un desequilibrio estático puro en el propio disco. La forma en que esa fuerza actúa sobre los dos cojinetes no es simétrica:
- El cojinete más cercano al ventilador soporta una gran fuerza de vibración.
- El cojinete más alejado del ventilador también recibe una fuerza, pero, dado que la masa sobresale más allá de los soportes, esa fuerza actúa mediante un movimiento de pivote alrededor del cojinete más cercano.
El resultado neto en los cojinetes es un movimiento complejo que combina un componente de vibración (estático) y un componente de balanceo (par). Dado que ambos se originan en un único punto de mayor masa, mantienen una relación fija entre sí, y es precisamente esa relación fija la que da lugar a la condición cuasiestática. Esta es también la razón por la que los rotores en voladizo son tan sensibles y casi siempre requieren un tratamiento en dos planos.
4. Corrección
En principio, el desequilibrio cuasiestático puede eliminarse mediante una única corrección en el plano axial adecuado, ya que es equivalente a un único desequilibrio resultante que actúa en ese plano. En la práctica, ese plano exacto a menudo no es accesible en la máquina ensamblada, por lo que en campo se corrige igual que cualquier desequilibrio dinámico general. El flujo de trabajo de equilibrado es:
- Mide la vibración amplitud y fase a 1× velocidad de funcionamiento en dos ubicaciones de los cojinetes.
- Calcula el valor requerido pesos de corrección y su orientación angular respecto a dos planos de corrección seleccionados, normalmente utilizando el coeficiente de influencia método con un peso de prueba.
- Coloca los contrapesos de manera que anulen simultáneamente tanto la componente estática como la componente de par.
En la práctica, esto es lo habitual equilibrado en dos planos trabajo. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y la fase en ambos cojinetes, calcula los coeficientes de influencia del rotor y determina la masa y el ángulo para cada plano; a continuación, verifica que el desequilibrio residual cumple con el grado exigido por la norma ISO 21940-11. Es muy posible que un analista identifique la situación como cuasiestática a partir de las lecturas de fase, pero la corrección práctica es la misma rutina probada de dos planos que se utiliza para cualquier desequilibrio dinámico.
5. Por qué es importante esta distinción
Si la rutina en campo suele ser el mismo trabajo en dos planos, ¿por qué nombrar la condición en absoluto? Porque reconocer un patrón cuasiestático ayuda comprensión — e incluso puede simplificar el procedimiento, ya que una única corrección en el plano axial correcto es suficiente cuando ese plano es accesible. La relación de fase indica al ingeniero que un único punto pesado colgante — en lugar de dos independientes — es la causa física probable, lo que guía dónde buscar la fuente: una pala dañada, producto acumulado o un defecto de montaje en el disco colgante. Esa comprensión forma parte del valor más amplio de la interpretación cuidadosa de la fase en dinámica del rotor.
