Entendiendo el Rotor Rígido
A rotor rígido es un rotor que no se dobla, flexiona ni cambia su forma de manera significativa bajo la influencia de su propio desequilibrar fuerzas a su velocidad de servicio. A efectos del equilibrado, un rotor se considera rígido cuando funciona a una velocidad claramente inferior a su primera velocidad crítica — convencionalmente, inferior al 70–75 % de esta. Como su forma permanece constante, el rotor rígido es la clase de rotor más sencilla y económica de equilibrar, y la gran mayoría de la maquinaria industrial cotidiana pertenece a esta categoría.
1. Definición: ¿Qué es un rotor rígido?
El principio definitorio del comportamiento del rotor rígido es que la distribución del desequilibrio a lo largo de la longitud del rotor no cambia cuando varía la velocidad del rotor. Los puntos pesados permanecen en su lugar. Un estado de equilibrio alcanzado a una velocidad baja y conveniente en una máquina equilibradora sigue siendo válido y efectivo cuando el rotor funciona posteriormente a su velocidad de servicio, mucho más elevada.
Esta estabilidad se debe directamente a que el rotor se mantiene bien por debajo de su primera velocidad crítica. Por debajo de aproximadamente el 70–75 % de esa velocidad, la deflexión causada por fuerza centrífuga es despreciable en comparación con la excentricidad geométrica de la propia masa, por lo que el rotor se comporta efectivamente como un sólido único que gira en torno a su propio eje. El eje de masa y el eje del árbol son fijos el uno respecto al otro, independientemente de las RPM.
Las máquinas cotidianas que los ingenieros tratan como rotores rígidos incluyen inducidos de motores eléctricos, ventiladores y sopladores de una etapa, rodetes de bomba, volantes de inercia, poleas, muelas abrasivas y componentes de tipo disco. Para estos, un equilibrado en dos planos realizado a baja velocidad captura el verdadero estado de desequilibrio con el que funcionará la máquina.
2. Rotor rígido frente a rotor flexible
La distinción entre un rotor rígido y un rotor flexible es uno de los conceptos más importantes en el equilibrado de rotores, ya que determina toda la estrategia de equilibrado.
Rotor rígido
- Velocidad de funcionamiento: muy por debajo de su primera velocidad crítica, normalmente por debajo del 75 %.
- Behaviour: no se dobla ni flexiona bajo las fuerzas centrífugas. Sus características de desequilibrio son independientes de la velocidad.
- Procedimiento de equilibrado: puede equilibrarse a una única velocidad baja y conveniente. Una equilibrio en dos planos es suficiente para corregir cualquier desequilibrio dinámico, ya sea estático, de par o una combinación de ambos. La norma que rige el equilibrado de rotores rígidos es ISO 21940-11 (que sustituyó a la ya conocida norma ISO 1940-1).
Rotor flexible
- Velocidad de funcionamiento: se aproxima, atraviesa u opera claramente por encima de una o más de sus velocidades críticas.
- Behaviour: se dobla y flexiona al pasar por una velocidad crítica. Las fuerzas de desequilibrio provocan que el rotor cambie de forma (se deflecte), y la ubicación aparente del “punto pesado” puede desplazarse con la velocidad porque el rotor adquiere una forma doblada forma modal.
- Procedimiento de equilibrado: mucho más complejo. Requiere equilibrio multiplano (con frecuencia más de dos planos) y debe realizarse a la velocidad de servicio o cerca de ella para tener en cuenta la flexión del rotor’s. Se requieren técnicas modales especializadas y el trabajo está regido por ISO 21940-12.
3. La importancia del supuesto “rígido”
La suposición de que un rotor se comporta de forma rígida es lo que hace posible el equilibrado práctico, económico y seguro en máquinas equilibradoras industriales. Estas máquinas típicamente hacen girar los rotores a velocidades relativamente bajas —unos pocos cientos de RPM— por razones de seguridad, menor potencia de accionamiento y simplicidad mecánica.
Si un rotor es verdaderamente rígido, el desequilibrio medido a 400 RPM en la máquina equilibradora es exactamente el mismo desequilibrio que produce vibración a 3600 RPM en campo. Corregirlo a la velocidad baja resuelve el problema a la velocidad alta. Si el rotor fuera en realidad flexible, ese equilibrado a baja velocidad sería ineficaz: el rotor se alabearía al aproximarse a su velocidad crítica y presentaría un estado de desequilibrio completamente diferente a su velocidad de servicio —apareciendo a veces bien equilibrado cuando está parado y vibrando gravemente cuando está en marcha. Confundir un rotor flexible con uno rígido es una causa clásica de que una máquina “equilibrada” siga vibrando.
4. ¿Cuándo se considera que un rotor es rígido?
La decisión de tratar un rotor como rígido depende de su geometría y de su velocidad de funcionamiento:
- Rotores cortos y robustos: los rotores con un diámetro grande en relación con su longitud —una muela abrasiva, un disco de freno, un impulsor de bomba de una sola etapa— son casi siempre rígidos.
- Rotores largos y esbeltos: los rotores largos y delgados, como un árbol de transmisión o un rotor de compresor multietapa, tienen muchas más probabilidades de ser flexibles, especialmente cuando funcionan a alta velocidad.
En última instancia, la prueba definitiva es la relación entre la velocidad de funcionamiento y la primera velocidad crítica. Si dicha relación es baja, un enfoque de equilibrado de rotor rígido es apropiado y tendrá éxito; si es alta, se necesitan métodos de rotor flexible. Por eso, la comprensión de dinámica del rotor y de la posición de cada velocidad crítica es la base de toda decisión de equilibrado.
5. Equilibrado y verificación de un rotor rígido en campo
Muchos rotores rígidos se equilibran con mayor comodidad in situ, en sus propios cojinetes, en lugar de desmontarlos y montarlos en una máquina equilibradora. Esto es equilibrado de campo, y se adapta exactamente a los ventiladores, bombas y motores que cubre la hipótesis de rigidez. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud 1× y fase en cada cojinete, calcula la coeficientes de influencia del rotor a partir de una pasada con masa de prueba, y calcula las masas de corrección para uno o dos planos. Dado que el rotor es rígido, esa única corrección de bajo coste es válida en todo el rango de velocidades, y el instrumento puede confirmar que la desequilibrio residual se encuentra dentro del grado ISO 21940-11 seleccionado. Puede convertir un grado de equilibrado y una velocidad de servicio en una tolerancia admisible en g·mm con la Calculadora de desequilibrio residual (ISO 21940-11) antes de empezar.
