El balanceo es el proceso de verificar y, si es necesario, ajustar la distribución de masa de un rotor para asegurar que el desequilibrio residual o las vibraciones en los apoyos se mantengan dentro de los límites especificados. Un rotor balanceado adecuadamente reduce el consumo de energía, disminuye los niveles de vibración y aumenta significativamente la vida útil de los rodamientos.
1. Identificación del Desequilibrio
Antes de intervenir, es fundamental comprender qué tipo de desequilibrio afecta al sistema:
• Estático: La masa no está distribuida simétricamente respecto al eje de rotación. El eje principal de inercia es paralelo al eje geométrico del eje.
• De Momento (Par): El eje de inercia y el eje del eje se cruzan en el centro de masa. Se manifiesta solo cuando el rotor gira.
• Dinámico: Es la combinación de los dos anteriores. El eje de inercia no coincide ni se cruza con el centro de masa.
2. Clasificación del Rotor
El procedimiento varía según el comportamiento dinámico del componente:
• Rotores Rígidos: No se deforman significativamente a su velocidad máxima de servicio. Se pueden balancear en dos planos arbitrarios a velocidades bajas.
• Rotores Flexibles: Sufren deformaciones elásticas importantes. Requieren balanceo a múltiples velocidades o en planos específicos para compensar las formas de los modos de flexión.
3. Preparación y Requisitos Previos
Para que el balanceo sea efectivo, se deben cumplir las siguientes condiciones:
1. Estado Mecánico: El equipo debe estar limpio de contaminantes y en buen estado técnico (rodamientos sanos y fijaciones apretadas).
2. Diagnóstico de Vibración: Se debe confirmar que la vibración es causada predominantemente por desequilibrio (dominancia de la frecuencia 1x RPM) y no por desalineación o soltura mecánica.
3. Seguridad: Seguir procedimientos de aislamiento, asegurar que las masas de prueba estén fijadas firmemente para resistir la fuerza centrífuga y cerrar las protecciones antes de arrancar.
4. Equipamiento Necesario
Un sistema típico para balanceo in situ (como el Balanset-1A o VIBXPERT II) incluye:
• Sensores de Vibración: Generalmente dos acelerómetros instalados radialmente en los soportes de los rodamientos.
• Sensor de Fase (Tacómetro): Utiliza una marca reflectante en el eje para medir la velocidad de rotación y el ángulo de fase de la vibración.
• Unidad de Procesamiento: Un dispositivo que realiza los cálculos vectoriales automáticamente.
5. El Procedimiento de Balanceo (Método de Coeficientes de Influencia)
Este método es el estándar para balanceo dinámico e implica tres arranques principales.
Paso 1: Medición Inicial (Arranque #0)
Se hace girar el rotor a la velocidad de operación constante. Se registran la amplitud y el ángulo de fase de la vibración original sin masas de prueba instaladas.
Paso 2: Arranque con Masa de Prueba (Arranque #1)
Se detiene el rotor y se instala una masa de prueba (Mpr) en una ubicación conocida del plano 1.
• Regla del 30/30: La masa debe ser suficiente para cambiar la amplitud en al menos un 30% o la fase en 30° respecto a la inicial. Si el cambio es menor, el error de cálculo aumenta.
• Se mide la nueva vibración y se calcula el efecto vectorial de dicha masa.
Paso 3: Arranque en el Segundo Plano (Arranque #2)
Se retira la masa del plano 1 y se coloca una masa de prueba en el plano 2. Se registra la respuesta del sistema para determinar la sensibilidad del segundo plano.
Paso 4: Cálculo e Instalación de Masas de Corrección
El software calcula los «coeficientes de influencia» y determina la masa y el ángulo de los contrapesos definitivos.
• Ubicación: El ángulo se cuenta desde la posición de la masa de prueba en la dirección de rotación del rotor.
Paso 5: Verificación (Arranque de Trim)
Se realiza un arranque final para confirmar que la vibración residual está dentro de los límites de tolerancia. Si es necesario, se realiza un ajuste fino o «trim balancing».
6. Criterios de Evaluación y Tolerancia
La calidad del balanceo se rige principalmente por la norma ISO 1940-1 (actualmente ISO 21940-11). Se definen grados de calidad (G) según el tipo de máquina:
• G 6.3: Estándar para ventiladores, bombas y maquinaria industrial general.
• G 2.5: Para turbinas de gas/vapor y rotores de computadoras.
• G 1.0: Para husillos de rectificado y motores de precisión.
El desequilibrio residual permitido (Uper) es proporcional a la masa del rotor (m) e inversamente proporcional a la velocidad de servicio (Ω).
7. Documentación y Reporte
Un informe profesional debe incluir:
• Identificación y masa del rotor.
• Niveles de vibración iniciales y finales (amplitud y fase).
• Masa, radio y ubicación exacta de los contrapesos instalados.
• Referencia al grado de calidad G alcanzado y cumplimiento de la norma.
¿Le gustaría que profundizáramos en cómo calcular el peso de la masa de prueba o prefiere ver un ejemplo de un informe de balanceo?
Paso 1: Medición Inicial (Arranque #0)