Comprensión del desequilibrio en maquinaria rotatoria
Desequilibrar (se utiliza indistintamente con desequilibrio) es la condición en un rotor cuando el centro de masa no se encuentra en el eje de rotación. Esa desviación —la excentricidad — significa que la masa está distribuida de forma desigual alrededor del eje. Cuando el rotor gira, la masa descentrada es lanzada hacia fuera por fuerza centrífuga, lo que genera una carga rotativa que hace vibrar los cojinetes y toda la máquina. El desequilibrio es, con diferencia, la causa más común de vibración en equipos rotativos, y es el fallo que equilibrando existe para corregirlo.
1. Definición y los fundamentos físicos que la sustentan
Desde el punto de vista cuantitativo, desequilibrio Tú es el producto de la masa desplazada y su radio respecto al eje: un punto de masa concentrada m situado en el radio r da U = m·r, expresado en gramos-milímetros (g·mm) o en gramos-pulgadas. Equivalentemente, puede expresarse como la masa total del rotor multiplicada por la excentricidad de su centro de gravedad (U = M·e). Lo que importa desde el punto de vista mecánico es la fuerza que esto genera. La fuerza centrífuga aumenta con el cuadrado de la velocidad angular:
F = m · r · ω² — al duplicar la velocidad, la fuerza perturbadora cuadruplica.
Esta relación cuadrática explica por qué un rotor que gira con suavidad al girarlo a mano puede vibrar violentamente a velocidad de funcionamiento, y por qué las máquinas rápidas deben equilibrarse con mucha mayor precisión que las lentas. La fuerza gira con el eje, por lo que impulsa la estructura una vez por revolución: ahí radica el origen de la inconfundible firma del desequilibrio.
2. La vibración clásica característica
El desequilibrio es uno de los fallos más fáciles de diagnosticar, ya que su patrón es muy característico:
- Frecuencia: la vibración aparece exactamente 1× la velocidad de rotación (the velocidad de funcionamiento). Si se cambia la velocidad, el pico se sigue con precisión, una característica distintiva que lo diferencia de muchos otros fallos.
- Dirección: la energía es predominantemente radial (horizontal y vertical), con poca axial contenido (de empuje).
- Amplitud: es proporcional al cuadrado de la velocidad: al duplicar las revoluciones por minuto, la respuesta se cuadruplica aproximadamente, tal y como predice la física mencionada anteriormente.
- Fase: the 1× fase La lectura es estable y repetible, lo que precisamente permite localizar y corregir el punto pesado.
Ese par estable de amplitud y fase es la base para la corrección: saber cuál es la magnitud de la respuesta 1× y donde Estos datos permiten al analista calcular el tamaño y el ángulo del contrapeso necesario. Un pico puro de 1× con baja vibración axial indica un desequilibrio; por el contrario, un componente fuerte de 2× sugiere desalineación o flojedad.
3. Los tres tipos de desequilibrio
Desequilibrio estático
También conocido como «desequilibrio de fuerzas», este es el caso más sencillo: la masa está desplazada en un solo plano, como un punto de mayor peso en un disco delgado. Se denomina estático porque se observa con el rotor en reposo: colocado sobre bordes afilados sin fricción, el rotor gira hasta que el punto de mayor masa se sitúa en la parte inferior. Esto se corrige colocando un único peso a 180° del punto de mayor masa, el dominio de equilibrado de un solo plano.
Desequilibrio de par
Aquí hay dos puntos de igual peso situados en los extremos opuestos del rotor, separados por 180°. Se anulan entre sí como fuerza resultante, pero forman un pareja — un momento de balanceo que intenta girar el rotor sobre sí mismo. Un rotor con un desequilibrio de par puro está equilibrado estáticamente (no girará sobre los bordes afilados), pero vibra intensamente una vez que gira. Para corregirlo, se necesitan dos contrapesos en dos planos distintos que contrarresten el momento de balanceo.
desequilibrio dinámico
El desequilibrio dinámico, un fenómeno que se da en casi todas las máquinas reales, es una combinación de componentes estáticos y de par. Para corregirlo es necesario modificar la masa en al menos dos planos a lo largo del rotor; el proceso de equilibrado dinámico (en dos planos). Un caso muy similar, en el que los efectos estáticos y de par comparten la misma posición angular, se denomina desequilibrio cuasiestático.
4. Causas habituales del desequilibrio
El desequilibrio puede estar presente desde el momento de la fabricación o aparecer durante el funcionamiento. Entre las causas habituales 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 que alteran la distribución del peso.
- Desgaste y deterioro: erosión irregular, corrosión o tener puesto en las aspas del ventilador y la bomba impulsores.
- Acumulación de material: acumulación de suciedad, polvo o residuos de producto en los rotores de ventiladores, sopladores y centrifugadoras.
- Fallo de un componente: Un peso de equilibrado que sale despedido o una pala rota provoca al instante una condición de desequilibrio grave.
5. Por qué es fundamental corregir los desequilibrios
El funcionamiento continuado de una máquina con un desequilibrio considerable la daña progresivamente, ya que la fuerza de rotación somete a la estructura a una carga cíclica en cada vuelta:
- Fallo prematuro de los rodamientos: Los rodamientos soportan cargas dinámicas elevadas y se desgastan rápidamente.
- Fatiga y agrietamiento: se acumula la tensión cíclica fatiga daños en el eje, los cimientos y la estructura.
- Menor eficiencia: la energía se disipa en forma de vibración y calor, en lugar de transformarse en trabajo útil.
- Riesgos para la seguridad: Un desequilibrio grave puede derivar en un fallo catastrófico.
6. Medición, corrección y tolerancias del desequilibrio
El desequilibrio se elimina mediante un procedimiento de equilibrado sistemático, una de las formas más rentables de aumentar la fiabilidad de la maquinaria. En una máquina montada, esto se lleva a cabo in situ, en lugar de en un máquina equilibradora. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud y la fase 1×, calcula el coeficientes de influencia de un peso de prueba, y le indica al ingeniero la masa y el ángulo de la corrección necesaria para uno o dos planos equilibrado de campo. Al funcionar en los propios cojinetes de la máquina a velocidad de funcionamiento, refleja el estado real de funcionamiento.
El objetivo del equilibrio nunca es llegar a cero, sino mantener el desequilibrio por debajo de un límite definido. Ese límite se deriva de la grado de calidad de equilibrado (grado G) system of ISO 21940-11 (que sustituyó a la ya conocida norma ISO 1940-1). El grado y la velocidad de servicio se traducen en un valor admisible desequilibrio residual en g·mm; un libre Calculadora de desequilibrio residual (ISO 21940-11) convierte el grado y las revoluciones por minuto seleccionados directamente en el valor admisible para cada plano.
