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Se dice que una pieza se encuentra desbalanceada cuando su centro de masa (centro de gravedad) no coincide con su centro geométrico. Esta condición es causada por una distribución desigual del peso del rotor alrededor de su centro geométrico.

Supongamos una pieza que ha sido fundida, por lo tanto tiene uno o varios poros. En este caso, el centro geométrico de la pieza no coincide con el centro de masa, por lo cual, la pieza se encontrará inherentemente desbalanceada.

Pieza fundida con desbalance intrínseco
Pieza fundida con desbalance intrínseco

Causas de desbalance:

Un cierto grado de desbalance en cualquier tipo de máquina rotativa es inevitable. Los diseñadores de máquinas las especifican con tolerancias de diseño, maquinado y ensamblaje, tales tolerancias pueden producir algún tipo de desequilibrio o desbalance. Adicionalmente, se puede presentar desbalance debido a pequeñas variaciones dentro de la composición metalúrgica del rotor (inclusiones, poros, etc.). Aún cuando, la mayoría de los rotores son balanceados por el fabricante después del proceso de manufactura y antes de ser utilizados ya armados en sus respectivas máquinas. El paso del tiempo y ciertas condiciones en el proceso de montaje, inciden en que la máquina vibre y que sus componentes deban ser re-equilibrados.

El punto pesado (heavy spot) identifica la posición angular del desbalance en una pieza. Para representarlo en un gráfico se necesita mostrar su magnitud, la distancia desde este punto al centro geométrico de la pieza y su dirección (usualmente expresada en grados angulares con respecto a un punto definido de referencia sobre el eje). Así por ejemplo en el disco mostrado anteriormente:

Desbalance = 28 g x 152 mm = 4256 g.mm
Desbalance = 28 g x 152 mm = 4256 g.mm

La foto nos muestra un impulsor de bomba del servicio de la empresa de agua potable de Guayaquil, equilibrándose en una máquina balanceadora.

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Norma para evaluar la calidad de desbalance:

La norma comúnmente utilizada para evaluar la severidad del desbalance es la ISO 1940. Primeramente, tenemos que recalcar que toda pieza rotatoria, aún cuando haya sido confeccionada guardando el mayor cuidado, siempre presenta desbalance. Este desbalance residual, dependiendo del tipo de pieza, de su peso y de su velocidad, debe ser menor al desbalance máximo fijado por la norma.

La norma clasifica las piezas rotatorias según sus aplicaciones, así por ejemplo:

  • G-40:
    • Es la norma válida para llantas de automóvil
    • Cigüeñales de motores de cuatro tiempos con 6 o más cilindros
  • G-16:
    • Ejes de cardanes
    • Partes de maquinaria agrícola
    • Componentes individuales de máquinas (gasolina o diesel) para carros
    • Camiones y locomotoras
    • Cigüeñales de máquinas con seis o más cilindros bajo condiciones especiales
  • G 6.3:
    • Partes de maquinaria de proceso
    • Engranajes de turbinas de uso marino
  • G 2.5:
    • Componentes de turbinas a gas o vapor
    • Rotores de turbo-generadores
    • Turbo-compresores
    • Máquinas herramientas
    • Pequeñas armaduras eléctricas
    • Turbo-bombas
  • G 1:
    • Tocadiscos y fonógrafos
    • Armaduras eléctricas pequeñas con requerimientos especiales

Así por ejemplo, si el impulsor de una bomba tiene un desbalance de 50 onz.-plg, tiene un peso de 1000 libras y su velocidad de giro es 1000 rpm. Considerando también que siendo dicho impulsor de una bomba de maquinaria de proceso, la norma apropiada sería la ISO G 6.3, para 1000 rpm, el máximo valor de desbalance permisible es de 38 onz-plg, por lo que se concluye que la bomba se encuentra desequilibrada.

Como se puede observar de la gráfica, la norma nos da el valor de desbalance máximo para un rotor que pese 1000 libras, para rotores más livianos o pesados, el desbalance tolerable subirá o bajará correspondientemente.

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Balanceo dinámico

En muchas ocasiones, sobre todo por el tamaño de la parte rotante, es casi imposible balancearla en una máquina balanceadora. Para tales casos, se deberá efectuar un balanceo en sitio.

Turbina a vapor
Turbina a vapor

Usualmente, primero se determina si la severidad de la vibración supera los valores permisibles según la norma ISO 10816-3 o cualquier recomendación dada por el fabricante. Si los valores superan la norma se deberá efectuar un análisis de vibraciones obteniendo espectros de frecuencias, formas de onda y valores de envolvente de aceleración.

Si luego del análisis se concluye que la causa de la vibración es el desbalance se efectuará un proceso de balanceo en sitio. Luego del balanceo, la parte rotante como tal deberá cumplir con la norma ISO 1940 en cuanto a su calidad de desbalance y con la norma ISO 10816-3 o correspondiente en cuanto a sus niveles de vibración.

 

Caso práctico de balanceo en sitio:

La siguiente es la gráfica de forma de onda de un ventilador antes y después del balanceo dinámico.

Ventilador antes y después del balanceo dinámico
Gráfica ventilador antes y después del balanceo dinámico

Usualmente, cuando se trata de rotores pequeños (menores a 2 toneladas, estos son balanceados en máquinas balanceadoras).

Balanceo de impulsor de bomba
Balanceo de impulsor de bomba

Mas de 17 años de experiencia en el balanceo en sitio, nos ha permitido tener un protocolo de balanceo extremadamente eficaz. Antes del balanceo, la parte rotante pasa por una serie de pruebas preliminares, las cuales inciden en un resultado exitoso en casi todos los casos. En innumerables ocasiones, se detectan modos de falla adicionales al desbalance, los cuales, si no hubiesen sido corregidos a tiempo, incidirían en una disminución sustancial de la vida útil del equipo.

Balanceo de molino de martillos
Balanceo de molino de martillos
  • Antes del balanceo se comprueba que la parte rotante se encuentre en buen estado, procediendo a limpiarla en el caso de rotores que trabajan con material que se incrusta en su superficie.
  • Adicionalmente, se comprueba si el eje no se encuentra flexado o si las partes rotantes tienen un buen alineamiento interno (que todos sus partes giren concéntricamente alrededor del eje de simetría del rotor)
  • El asiento de los rodamientos es inspeccionado cuidadosamente y cualquier desajuste corregido inmediatamente

Todos estos pasos son obligatorios si se quiere llegar a un proceso de balanceo exitoso, caso contrario, es probable que el equipo continúe teniendo fallas escondidas (flexión del eje, desalineamiento interno, soltura, etc.), lo que incidirá en una disminución significativa de la vida útil de la máquina. La pieza una vez balanceada, deberá cumplir con los requisitos establecidos por la norma ISO 1940 (requerimientos en cuanto a calidad de desbalance para rotores rígidos)

Balanceo de un rotor de separador de sólidos
Balanceo de un rotor de separador de sólidos

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