Comprensión del descentramiento del eje en el análisis de vibraciones
Sin es el término genérico que designa las imperfecciones de un rotor que generan una señal de una vez por revolución (1×), incluso cuando el eje gira tan lentamente que las fuerzas dinámicas como desequilibrar son insignificantes. En sentido estricto, se trata de la variación total de una superficie giratoria con respecto a un círculo perfecto, medida en relación con el eje verdadero centreline. El escollo que hace tropezar a tantos analistas es que la desviación parece exactamente como un desequilibrio en el vibración datos — sin embargo, no se trata de un problema relacionado con la masa y no se puede solucionar mediante equilibrando.
Porque ambos fenómenos se dan a 1× velocidad de funcionamiento, distinguirlos es una de las habilidades más importantes en el diagnóstico de rotores. Si se comete un error, se pierde tiempo intentando alcanzar un equilibrado que nunca se logrará; si se acierta, se corrige el defecto real —o se compensa de forma adecuada antes de intentar el equilibrado—. En los apartados siguientes se definen los dos tipos distintos de excentricidad, se explica por qué distorsionan el diagnóstico y se expone la técnica estándar para eliminar su influencia.
1. Tipos de excentricidad: una distinción fundamental
Todo empieza por distinguir entre los dos significados fundamentalmente diferentes que puede tener la palabra «runout».
Excentricidad mecánica
La excentricidad mecánica es un auténtico imperfección física o geométrica del eje: la superficie no es perfectamente redonda o no está perfectamente centrada en el eje de rotación. Entre las causas más habituales se encuentran:
- Falta de redondez: El muñón tiene una forma ligeramente ovalada o está deformado por el mecanizado.
- Excentricidad: un componente, como una polea, un acoplamiento o un engranaje, se mecaniza o se monta descentrado con respecto al eje central.
- Eje doblado o combado: a permanent bend barre la superficie hacia dentro y hacia fuera, pasando por un punto fijo en cada revolución. Una versión transitoria relacionada, arco térmico, aparece cuando la máquina se calienta y desaparece cuando se estabiliza.
Dado que se trata de una característica geométrica real, la excentricidad mecánica puede medirse directamente con un comparador de cuadrante mientras se gira el eje lentamente con la mano. El valor total que marca el comparador es la cifra que figura en los informes de inspección, y nuestro Calculadora de excentricidad radial del eje (TIR) ayuda a relacionar esa lectura con una tolerancia admisible.
Excentricidad eléctrica
La excentricidad eléctrica no es en absoluto un defecto de la forma del eje, sino un artefacto de medición propio de los sistemas sin contacto sensores de proximidad de corrientes parásitas. Estas sondas generan un campo magnético de alta frecuencia y calculan la distancia a partir de cómo la superficie del eje interactúa con él. Si dicha superficie presenta variaciones localizadas en sus propiedades magnéticas o eléctricas, la sonda indica una distancia fluctuante, incluso cuando la distancia real entre el eje y la sonda es perfectamente constante. Las causas son de naturaleza metalúrgica y están relacionadas con la superficie, más que geométricas:
- Variaciones en la permeabilidad del material: un punto magnetizado localizado —a menudo debido a que se ha apoyado un comparador de base magnética sobre el muñón— produce una señal 1× intensa y persistente.
- Cambios en el acabado de la superficie: rayaduras, abolladuras o marcas de herramientas dentro del campo de visión de la sonda.
- Composición del material no homogénea: variaciones en la aleación o en la estructura metalúrgica del propio eje.
Es fundamental señalar que la excentricidad eléctrica no es detectable con un comparador de cuadrante —la geometría es correcta—, pero constituye una fuente importante de error en la turbomaquinaria sometida a control según normas como API 670, donde los sensores de proximidad son los principales sensores.
2. Por qué la excentricidad afecta al diagnóstico y al equilibrado
La señal generada por cualquiera de los dos tipos de excentricidad se sitúa a una velocidad de 1× la velocidad de funcionamiento —la misma frecuencia que el desequilibrio—, lo que plantea dos problemas distintos al analista.
- Se disfraza de desequilibrio: un pico alto de 1× en el espectro da lugar a un diagnóstico seguro pero erróneo de desequilibrio, lo que lleva a intentar restablecer el equilibrio de una forma innecesaria y abocada al fracaso, ya que no hay ningún exceso de masa que corregir.
- Esto altera el equilibrio real: cuando hay un desequilibrio real es En la actualidad, el vector de excentricidad se suma a ella. Cualquier intento serio de equilibrar el rotor debe empezar por aislar la verdadera respuesta dinámica, lo que implica medir el componente de excentricidad y restar vectorialmente de la señal total de 1×.
Por eso, un pico de 1× por sí solo nunca basta para confirmar el diagnóstico: hay que descartar posibles causas similares, como la excentricidad, desalineación, a rotor agrietado, o resonancia es el núcleo de la vibración competente diagnóstico.
3. Compensación de la excentricidad: el vector de giro lento
La solución aceptada es compensación de descentramiento, un paso fundamental en el análisis de cualquier máquina equipada con sensores de proximidad. Se lleva a cabo en tres fases:
- Despacio: La máquina funciona a una velocidad deliberadamente baja —normalmente entre 200 y 500 rpm— en la que las fuerzas centrífugas debidas al desequilibrio son insignificantes, por lo que casi toda la señal de 1× corresponde a la excentricidad.
- Mide el vector de giro lento: el vector de vibración 1× (amplitud y fase) capturado a esta velocidad se registra como el vector de «giro lento» (slow-roll) o «excentricidad» (runout).
- Resta el vector: A continuación, ese vector de giro lento almacenado se resta vectorialmente del vector de vibración 1× medido a plena velocidad de funcionamiento.
Lo que queda es el vector 1× con compensación de desviación, que representa el movimiento dinámico real del eje debido al desequilibrio y otras fuerzas rotodinámicas. Este valor compensado —y no la lectura bruta— es el que debe servir de base para el diagnóstico y el cálculo de pesos de corrección.
4. Medición y compensación sobre el terreno
El mismo principio se aplica al trabajo en dispositivos portátiles, incluso en equipos que utilizan acelerómetros en lugar de sondas fijas. Una buena práctica antes de un field balance consiste en verificar la excentricidad mecánica con un comparador de cuadrante y comprobar si el eje presenta magnetismo residual, descartando así los elementos similares antes de añadir cualquier masa de prueba. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y la fase de 1× de las que depende el desequilibrio, y el hecho de registrar una referencia de giro lento —siempre que la máquina lo permita— permite al analista confirmar que la respuesta de 1× aumenta realmente con la velocidad —lo que es característico de un desequilibrio real— en lugar de permanecer fija, lo que apuntaría directamente a una excentricidad.
