Cómo equilibrar un eje cardán
Equilibrado dinámico de ejes cardán: Procedimientos técnicos y normativos
El equilibrado de un eje cardán (o eje de transmisión) es una operación de mantenimiento crítico diseñada para corregir la distribución asimétrica de masa que genera fuerzas centrífugas no compensadas durante la rotación. Un eje cardán desequilibrado produce vibraciones cíclicas que no solo degradan el confort de operación, sino que aceleran drásticamente el desgaste de los rodamientos de apoyo, las juntas universales y los sellos de aceite.
🏛️ Estándares de calidad y clasificación (ISO 21940-11)
Para fines industriales, los ejes de transmisión se clasifican generalmente bajo la norma ISO 21940-11 (que sustituye a la ISO 1940).
- Grado de calidad: La mayoría de los ejes de transmisión y ejes cardán de maquinaria general se equilibran bajo el grado G 16.
- Comportamiento mecánico: En su mayoría se consideran rotores rígidos, lo que significa que su flexión es despreciable a velocidades operativas. Sin embargo, ejes muy largos o de paredes delgadas (como tubos de transmisión) pueden requerir procedimientos para rotores flexibles si operan cerca de su primera velocidad crítica.
🔍 Diagnóstico y análisis FFT
Antes de intervenir físicamente el eje, es obligatorio realizar un análisis de espectro (FFT) para confirmar el origen de la vibración:
- Síntoma de desequilibrio: Se identifica por un pico dominante en la frecuencia de rotación (1x RPM).
- Diferenciación de desalineación: Dado que los ejes cardán operan con ángulos de inclinación, es común confundir el desequilibrio con la desalineación. Esta última suele presentar componentes elevadas en 2x RPM y vibración axial significativa.
- Verificación de holguras: Debe inspeccionarse la presencia de «pie blando» o juegos en las juntas universales (crucetas), ya que estas anomalías invalidan los resultados del equilibrado.
⚙️ Procedimiento de equilibrado (Método de Coeficientes de Influencia)
El método más eficiente es el de coeficientes de influencia, que permite calcular la masa y el ángulo de corrección mediante dos o tres arranques de prueba.
1. Carrera inicial (Run #0)
Se registra la vibración y fase original del eje a una velocidad de rotación constante. Es vital que el sensor de fase (láser) apunte a una marca reflectante estable en el eje.
2. Carrera de prueba (Run #1)
Se instala una masa de prueba ($M_{pr}$) de magnitud conocida. Para que el cálculo sea preciso, se debe cumplir la regla del 30/30: la masa debe provocar un cambio de al menos el 30% en la amplitud o de 30° en la fase.
3. Cálculo y aplicación de corrección
El software del analizador (como el Balanset-1A) calcula el vector de corrección definitivo.
- Ángulo de instalación: Se cuenta desde la posición de la masa de prueba en el sentido de rotación del rotor.
- Convención de chaveta: Si el eje utiliza chavetas, se debe respetar la norma ISO 21940-32 (convención de media chaveta), marcando el eje con una «H» para garantizar la compatibilidad con otros acoplamientos.
🏗️ Configuraciones multi-soporte
Los ejes cardán industriales a menudo constan de múltiples secciones con tres o cuatro apoyos.
- Ejes de 3 apoyos: Requieren equilibrado en tres planos de corrección.
- Ejes de 4 apoyos: Requieren cuatro planos y un mínimo de cinco arranques para calibrar el sistema de medición. En estos casos, se utilizan algoritmos matriciales para determinar las correcciones simultáneas y evitar que el balanceo en un plano afecte negativamente a los demás.
✅ Verificación y seguridad
El proceso concluye con una carrera de comprobación (RunTrim) para asegurar que los niveles residuales se sitúan en la Zona A o B de severidad según la norma ISO 10816-3.
Importancia de la fijación: Debido a la alta energía cinética, todas las masas de corrección deben soldarse o atornillarse mecánicamente para resistir las fuerzas centrífugas extremas, evitando cualquier riesgo de desprendimiento durante el servicio.