Cómo equilibrar un eje de transmisión

Equilibrado Dinámico de Ejes de Transmisión: Técnicas y Normativa Industrial

El equilibrado de un eje de transmisión, comúnmente conocido como cardán o eje de propulsión, es un proceso fundamental para garantizar la transferencia eficiente de potencia y la integridad mecánica de los sistemas rotativos. Un eje desequilibrado genera fuerzas centrífugas que provocan vibraciones cíclicas, las cuales se traducen en un desgaste acelerado de los rodamientos, daños en los sellos y fatiga en las juntas universales.

⚖️ Estándares de Calidad y Clasificación

De acuerdo con la normativa ISO 21940-11 (que sucede a la ISO 1940), los ejes de transmisión de maquinaria general suelen clasificarse en el grado de calidad de equilibrado G 16. Sin embargo, si el eje forma parte de un sistema de alta precisión o funciona a velocidades muy elevadas, se pueden requerir grados más estrictos como el G 6.3.

Es vital determinar el comportamiento del eje:

• Rotores Rígidos: Aquellos que operan por debajo de su primera velocidad crítica y cuya flexión es despreciable.
• Rotores Flexibles: Los ejes de transmisión largos (como los de camiones pesados o ventiladores industriales) pueden comportarse como rotores flexibles si su velocidad de servicio se aproxima o supera las frecuencias de resonancia flexural. Estos requieren un equilibrado en múltiples planos y a diferentes velocidades de giro.

🗝️ La Convención de Media Chaveta (ISO 21940-32)

Un aspecto crítico en el equilibrado de ejes de transmisión que utilizan chavetas es la convención de media chaveta. Para asegurar la compatibilidad entre el eje y sus acoplamientos (fitments), la norma exige que:

1. El eje se equilibre con una «media chaveta» instalada en su chavetero.
2. El acoplamiento se equilibre por separado utilizando otra media chaveta complementaria.
3. Los componentes se marquen con la letra «H» para indicar el cumplimiento de esta norma, evitando errores de desequilibrio al ensamblar la chaveta completa final.

🔍 Diagnóstico Mediante Análisis Vibratorio

Antes de realizar correcciones, se debe emplear un analizador de espectro (FFT), como el Balanset-1A, para confirmar que la causa de la vibración es efectivamente un desequilibrio de masa. El síntoma inequívoco es un pico dominante en la frecuencia de rotación (1x RPM). Si aparecen componentes elevadas en 2x RPM, el problema suele estar asociado a una desalineación de los ejes o juntas universales defectuosas, lo cual no se soluciona con el equilibrado.

⚙️ Procedimiento de Equilibrado In Situ

El método más eficaz para ejes instalados es el de coeficientes de influencia, que permite compensar el desequilibrio en sus propios rodamientos de apoyo.

• Carrera Inicial (Run #0): Se registra la vibración y la fase base del eje en su estado original.
• Carrera de Prueba (Run #1): Se instala una masa de prueba ($M_{pr}$) de magnitud conocida. Es imperativo seguir la regla del 30/30: el peso debe ser suficiente para modificar la amplitud de vibración en un 30% o la fase en 30 grados. Tras la medición, se retira la masa de prueba.
• Cálculo e Instalación: El sistema calcula la masa y el ángulo exactos para el contrapeso definitivo. El ángulo se cuenta desde la ubicación de la masa de prueba en el sentido de rotación del eje.

🏗️ Ejes de Transmisión Multi-soporte

En configuraciones complejas, como cardanes de tres o cuatro apoyos, el equilibrado debe realizarse de forma secuencial en cada plano de corrección. Para estos casos, se utilizan algoritmos de cálculo matricial que determinan las masas de corrección necesarias para minimizar la vibración en todos los puntos de apoyo simultáneamente.

⚠️ Seguridad y Verificación

Debido a la alta energía cinética involucrada, es obligatorio el uso de carcasas de protección o envolventes que eviten la eyección de piezas en caso de fallo estructural. Una vez instaladas las masas definitivas (atornilladas o soldadas con precaución para no debilitar el eje), se realiza una carrera de verificación (RunTrim) para asegurar que los niveles residuales cumplen con las zonas de severidad aceptables según la norma ISO 10816.