Equilibrado en dos planos: qué es y cómo funciona
Equilibrado en dos planos es un equilibrado dinámico procedimiento en el que pesos de corrección se colocan en dos planos distintos a lo largo del rotor para eliminar tanto desequilibrio estático y desequilibrio de pareja al mismo tiempo. Es el método estándar para la gran mayoría de la maquinaria rotativa industrial: cualquier rotor cuya longitud axial sea comparable o superior a su diámetro. A diferencia de equilibrado de un solo plano, que corrige únicamente el desplazamiento del centro de masa del rotor, el equilibrado en dos planos aborda tanto el desplazamiento fuerza centrífuga y el momento que hace que un rotor oscile o se balancee alrededor de su centro.
1. Definición: ¿Por qué dos planos?
Cualquier rotor rígido desequilibrar se puede descomponer en dos componentes independientes. Desequilibrio estático es un punto de gran peso neto cuyo centro de masa está desplazado respecto al eje; genera una fuerza en fase en ambos cojinetes y se percibiría incluso si el rotor estuviera equilibrado sobre bordes afilados sin girar. Desequilibrio de par se trata de un par de puntos de igual peso situados a 180° de distancia en los extremos opuestos del rotor: no produce ningún desplazamiento neto del centro de masa, por lo que es invisible en reposo; sin embargo, a velocidad, genera un momento oscilante que hace que los dos cojinetes se desfasen entre sí.
Un solo plano de corrección solo puede compensar el componente estático. Para compensar un desequilibrio de par, se necesitan dos correcciones que, juntas, formen un momento opuesto; y eso, por definición, requiere dos planos. Dado que los rotores reales presentan una combinación arbitraria de desequilibrios estáticos y de par (un estado que a menudo se denomina desequilibrio cuasiestático (cuando se combinan ambos), dos planos de corrección son el mínimo necesario para describir y corregir completamente un rotor rígido vibración.
2. ¿Cuándo es necesario el equilibrado en dos planos?
Utiliza dos planos siempre que se cumpla alguna de las siguientes condiciones:
Rotores largos o delgados
Como regla general, cualquier rotor cuya relación entre la longitud y el diámetro sea superior a un valor aproximado de entre 0,5 y 1,0 debe equilibrarse en dos planos. Algunos ejemplos típicos son:
- inducidos de motores eléctricos
- ejes de bombas y compresores
- rotores de ventilador multietapa
- Ejes de transmisión y acoplamientos
- Husillos y herramientas giratorias
- rotores de turbina
Un disco estrecho —una muela abrasiva, una polea simple, un volante delgado— se sitúa en el extremo opuesto y, por lo general, puede ajustarse en un solo plano, ya que es demasiado corto para soportar un par de giro significativo.
Desequilibrio de par visible
Cuando el valor medido es 1× fase el desfase entre los dos soportes de cojinetes es notable —con un ángulo de casi 180° entre ellos, lo que indica un movimiento de balanceo o inclinación—; existe un desequilibrio de par y solo una corrección en dos planos lo eliminará.
Cuando el equilibrado en un solo plano no es suficiente
Una pista diagnóstica clásica: un intento en un solo plano reduce la vibración en un cojinete, pero la aumenta en el otro. Esa compensación es el indicio característico de un par no corregido, y nos indica que se necesita un segundo plano.
Rotores rígidos con masa distribuida
Even a rotor rígido muy por debajo de su primer velocidad crítica ofrece ventajas en dos planos si su masa se distribuye a lo largo de una longitud axial considerable, lo que garantiza que las vibraciones se reduzcan al mínimo en todos los cojinetes y no solo en uno.
3. El procedimiento de equilibrio en dos planos
El equilibrado en dos planos es más complejo que el de un solo plano, ya que una corrección en cualquiera de los dos planos modifica la vibración en ambos cojinetes. La solución aceptada es la método del coeficiente de influencia, aplicada con dos pesas de prueba a lo largo de una secuencia de series de mediciones.
Paso 1 — Medición inicial
Ponga en marcha la máquina a la velocidad de equilibrado seleccionada y registre los vectores de vibración iniciales 1× (amplitud y fase) en ambos cojinetes. Etiquételos como «Cojinete 1» y «Cojinete 2». Este par refleja el efecto combinado de todo el desequilibrio del rotor.
Paso 2 - Definir los planos de corrección
Seleccione dos planos de corrección donde se pueda añadir o retirar masa. Colócalos lo más separados y accesibles que sea posible —normalmente cerca de los extremos del rotor, en las bridas de acoplamiento o en los cubos de los ventiladores—. Una separación amplia entre planos proporciona una corrección del par sólida y bien ajustada.
Paso 3 — Peso de prueba en el plano 1
Detenga la máquina y coloque un peso de prueba de masa conocida en un ángulo conocido en el primer plano. Vuelva a ponerla en marcha y registre la nueva vibración en ambos cojinetes. El vector cambiar En cada cojinete se observan dos coeficientes de influencia: el efecto del plano 1 sobre el cojinete 1 y el del plano 1 sobre el cojinete 2.
Paso 4 — Peso de prueba en el plano 2
Retira el primer peso de prueba, coloca un peso de prueba en el segundo plano, ejecuta la prueba y vuelve a medir. De este modo se obtienen los dos coeficientes restantes: el del plano 2 en el cojinete 1 y el del plano 2 en el cojinete 2.
Paso 5 — Calcular las correcciones
El instrumento contiene ahora cuatro coeficientes de influencia complejos dispuestos en una matriz de 2×2. Utilizando matemáticas vectoriales y la inversión de matrices, resuelve un sistema de ecuaciones simultáneas para determinar la masa exacta y el ángulo necesarios en cada plano a fin de reducir a cero simultáneamente la vibración en ambos cojinetes. A Calculadora del coeficiente de influencia en un solo plano ilustra la aritmética vectorial subyacente para un plano; el caso de dos planos simplemente la amplía a una matriz, mientras que un calculadora de peso de prueba ayuda a determinar una masa de prueba inicial adecuada.
Paso 6: Instalar y comprobar
Ajuste ambos pesos calculados de forma permanente y ponga el sistema en marcha para comprobarlo. La vibración en ambos cojinetes debería situarse ahora dentro de los límites deseados. Si queda un poco de vibración residual, una rápida equilibrio de compensación — la reutilización de los coeficientes ya medidos — permite refinar el resultado sin necesidad de realizar más pruebas.
4. Explicación de la matriz de coeficientes de influencia
La eficacia del método reside en esa matriz de 2×2, ya que cada plano influye ambos bearings:
- Efectos directos: un peso situado en el plano 1 ejerce su mayor influencia sobre el cojinete 1 más cercano, y un peso situado en el plano 2 sobre el cojinete 2 más cercano.
- Efectos de acoplamiento cruzado: un peso situado en el plano 1 también mueve el cojinete 2 (por lo general, con menos intensidad), y un peso situado en el plano 2 también mueve el cojinete 1.
La resolución de la matriz tiene en cuenta las cuatro interacciones simultáneamente, por lo que las dos correcciones se complementan en lugar de contraponerse. El cálculo manual es implacable —un simple desliz en el signo o un pequeño error de fase se propaga a través de la inversión—, y precisamente por eso un instrumento de equilibrado específico demuestra su utilidad.
Para dos planos (1, 2) y dos cojinetes (A, B), el sistema es VA = αA1·W1 + αA2·W2 and VB = αB1·W1 + αB2·W2, donde cada término V, α y W es un vector complejo (de amplitud y fase). El software de equilibrado invierte este sistema 2×2 para hallar los pesos de corrección W1 and W2 that make VA and VB vanish.
5. Equilibrado en dos planos sobre el terreno
El equilibrado en dos planos es el método habitual para equilibrado de campo, y eso es precisamente para lo que está diseñado un analizador portátil de dos canales. Con un instrumento como el Balanset-1A, un técnico instala un acelerómetro en cada cojinete, se coloca un sensor óptico tacómetro láser como referencia de fase, y sigue paso a paso los seis pasos anteriores —ejecución inicial, dos ejecuciones de prueba, resolución, corrección, verificación— sin desmontar la máquina ni enviar el rotor a un taller de equilibrado. Ya que el trabajo se realiza in situ, en los propios cojinetes de la máquina y a la velocidad real de funcionamiento, el resultado refleja las condiciones reales de instalación —rigidez de los cojinetes, flexibilidad de los cimientos, cargas térmicas y de proceso— que un taller máquina equilibradora no se puede reproducir. A continuación, el instrumento comprueba el resultado final desequilibrio residual en comparación con el grado ISO seleccionado antes de que se apruebe el informe.
6. Ventajas del equilibrado en dos planos
- Corrección completa: elimina tanto el desequilibrio estático como el de par, es decir, el cuadro completo del rotor rígido.
- Reduce al mínimo las vibraciones en todos los cojinetes: optimiza todo el sistema del rotor, no solo un extremo.
- Prolonga la vida útil de los componentes: Una menor vibración en ambos apoyos se traduce en un menor desgaste de los cojinetes, las juntas y los acoplamientos, así como en un menor riesgo de fatiga cracking.
- Estándar del sector: exigido por muchos fabricantes de equipos y codificado para rotores rígidos en ISO 21940-11 (la norma que sustituye actualmente a la ISO 1940-1).
- Apto para la mayoría de las máquinas: Esto resulta eficaz para rotores rígidos que funcionan por debajo de su primera velocidad crítica, lo que abarca la inmensa mayoría de los equipos industriales.
7. Ubicación: de un solo plano, de dos planos y de varios planos
| Método | Aviones | Corrige | Typical rotor |
|---|---|---|---|
| Un solo plano | 1 | Solo estático | Discos delgados, poleas estrechas, ventiladores individuales |
| Dos planos | 2 | Estático + par de fuerzas | Los rotores industriales más rígidos |
| Multi-plane | 3 or more | Carga estática + par + flexión modal | Rotores flexibles por encima de la velocidad crítica |
En comparación con el equilibrado en un solo plano, el equilibrado en dos planos es más complejo y lleva más tiempo, pero ofrece una reducción de las vibraciones mucho mayor en todos los casos, salvo en los rotores de disco más estrechos. Por otro lado, un rotor flexible El funcionamiento por encima de una o varias velocidades críticas puede requerir tres o más planos —véase el equilibrado multiplanar—, aunque para la mayor parte de la maquinaria industrial dos planos son más que suficientes.
8. Problemas habituales y soluciones
Planos de corrección inaccesibles
Desafío: En una máquina montada, es posible que no se pueda acceder a las ubicaciones ideales de los planos de corrección.
Solución: utilice lo que tenga a mano —cubos de acoplamiento, aspas de ventilador, bridas externas— y deje que los coeficientes del instrumento compensen la geometría imperfecta, ya que la matriz se mide en la propia máquina.
Respuesta deficiente al peso de prueba
Desafío: Si un peso de prueba apenas modifica las lecturas, los coeficientes de influencia se vuelven ruidosos y la solución deja de ser fiable.
Solución: utilizar una masa de prueba mayor o situarla a una distancia mayor para elevar su efecto muy por encima del umbral de ruido de la medición.
Comportamiento no lineal
Desafío: rotors with holgura mecánica, pie cojo, o funcionamiento cerca de resonancia puede que no responda de forma lineal a los pesos, una condición previa que asume el método.
Solución: Solucione primero los fallos mecánicos (apriete los elementos de fijación, corrija el desalineamiento) y, siempre que sea posible, equilibre el sistema alejándolo de las velocidades críticas. Compruebe que el problema se debe realmente a un desequilibrio y no a desalineación haciéndose pasar por ella.
