Balanceo Dinámico In Situ y en Bancada
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Se define desbalance, como la distribución desigual de peso de un rotor sobre su línea central rotativa, o según la Organización Internacional de Patrones (OIP): “Es la condición que existe en un rotor cuando la fuerza o movimiento de vibración se transmite a sus cojinetes a causa de las fuerzas centrífugas”.
El desbalance puede ser definido sobre la base de la no coincidencia del eje de rotación y el eje longitudinal principal de inercia del rotor. Este eje, une todos los centros de gravedad de cada una de las infinitas secciones transversales que componen al rotor, que al no coincidir con el eje de rotación podrán inducir cuatro tipos de desbalance (estático, par de fuerzas, cuasi estático y dinámico).
Un desbalance, produce un componente a 1xRPM. Cuando el rotor posee una masa concentrada a cierta distancia con respecto al centro de rotación de éste, ambos factores se combinan con la velocidad de rotación para producir un vector fuerza de cierta magnitud y cierta posición.
El Desbalance constituye una de las fuentes más comunes en los problemas de vibraciones en maquinarias, siendo la causa principal en aproximadamente el 40% de los casos de vibraciones excesivas. La presencia del desbalance como único problema en. la máquina se refleja en los espectros de las vibraciones medidas en los cojinetes de apoyo del rotor, como una componente definida claramente a la frecuencia de rotación del elemento desbalanceado
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CAUSAS DEL DESBALANCE
Existen muchas razones por las cuales se puede presentar desbalance de un rotor, esto es, razones por las cuales la masa de un rotor puede no estar uniformemente distribuida alrededor de su eje axial. A continuación, se describen las causas más comunes del desbalance.
1- Asimetría del Diseño:
Algunos elementos rotativos de máquinas deben ser diseñados de formas no circulares y/o no concéntricas con el eje de rotación, como en el caso de los árboles de levas y cigüeñales de máquinas reciprocantes.
2.- Tolerancias de Fabricación y Ensamblaje:
Muchos elementos de máquinas son diseñados perfectamente simétricos y concéntricos con el eje de rotación, pero, debido a las tolerancias de maquinado y de montaje, se puede perder ligeramente la simetría y concentricidad causando desbalance; por ejemplo: cubos de acoplamiento, engranajes, poleas, impulsores de bombas y compresores centrífugos, ruedas de alabes de turbinas y compresores axiales.
3.- No-Homogeneidad del Material:
En la realidad los materiales son No-Homogéneos, esto es, que no presentan una densidad uniforme en todo su volumen, por lo que algunas partes serán mas pesadas que otras. Por otro lado, los rotores o partes fundidas, como impulsores, poleas, engranajes, etc. pueden tener internamente pequeñas cavidades de aire o trampas de arena que resultan del proceso de fundición.
4.- Distorsión en Servicio:
Existen varias causas por las cuales un rotor puede distorsionarse a las condiciones de servicio y cambiar su desbalance original. Las dos causas principales son: liberación de esfuerzos y distorsión térmica.
La liberación de esfuerzos es algunas veces un problema en rotores fabricados con partes soldadas, como en el caso de muchos ventiladores. Realmente, cualquier parte que haya sido conformada por prensado, estirado, doblado, troquelado, etc. tendrá altos esfuerzos internos que no son liberados durante la fabricación. El rotor o sus partes pueden comenzar este proceso en algún periodo de tiempo, y como resultado el rotor se puede distorsionar ligeramente para tomar una nueva forma. Es normal que los metales se expandan cuando se calientan; sin embargo, debido a imperfecciones menores y calentamiento no uniforme, muchos rotores se dilatan de manera no uniforme causando distorsión.
La distorsión térmica es completamente común en máquinas que operan a altas temperaturas incluyendo motores eléctricos, ventiladores de calderas, expansores, sopladores, compresores y turbinas. Esta distorsión puede requerir que el rotor sea balanceado a su temperatura normal de operación, aun cuando haya sido balanceado a temperatura ambiente.
5.- Corrosión y Desgaste:
Muchos rotores, particularmente ventiladores, sopladores e impulsores de bombas y compresores, también como rotores de máquinas de proceso y manejo de materiales, son susceptibles a la corrosión, abrasión y desgaste. La corrosión y el desgaste normalmente no son uniformes en el rotor, por lo que resulta en desbalance.
6.- Acumulación de Depósitos:
Los rotores usados en manejo de materiales se pueden desbalancear debido a la acumulación no uniforme del material manejado. El desbalance aumentará gradualmente y se puede convertir rápidamente en un problema sería cuando el material sedimentado comienza a desprenderse