Balanceo Dinamico de Rotores

Preparado por Ing. José Luis Iporre Analista en Vibraciones Nivel II

ISO 18436-2 CN: 08-7251 – Vibration Institute USA

Definición

“El desbalance se debe a que el centro de rotación no coincide con el centro de gravedad”

El balanceo dinámico

Es el arte de compensar y redistribuir masas, por el efecto producido por descompensación de las masas producidos por errores en la fabricación o el maquinado en máquinas rotativas”

Centro de Rotación

Es el verdadero centro geométrico de un rotor, en el balanceo se refiere exclusivamente al centro de un eje que gira a una velocidad angular determinada.

Teniendo especial cuidado a la hora de balancear, en que si existe soltura mecánica en los rodamientos o cojinetes pueden perjudicar de manera significativa al trabajo de balanceo

Centro de Gravedad

Es el centro en que se concentran la sumatoria de las masas descompensadas, que normalmente no coincide con el centro geométrico de rotación

Fuerza Centrífuga

Es el resultado del momento producido por la masa desbalanceada cuando gira a una velocidad angular determinada, pivotada en el centro de gravedad

Concepto Matemático

U = m x r Donde m = masa desbalanceada r = distancia de la masa que

causa el desbalance

Desbalance

Fuerza Centrífuga

Normalmente son varios defectos asociados al desbalance que producen mas de una fuerza centrífuga y que estas se tienen que sumar, encontrando una resultante que signifique el total de las masas descompensadas

Tipos de desbalance

Desbalance Estático

Desbalance Copla o Par

Desbalance Par Es el desbalance en un solo plano de acción y corrección. Siendo que los centros de gravedad y geométrico solamente se cruzan en dos dimensiones

Desbalance Dinámico Es desbalance que ocurre en mas de un plano, siendo que los ejes geométrico y de gravedad no están desfasados tridimensionalmente

Fase Es la diferencia de ángulos que existen entre las

masas que producen el desbalance

La fase

Nos muestra la dirección del movimiento

Tipos de Desbalance

Desbalanceo de igual magnitud 0º fuera de fase

Desbalanceo de magnitudes iguales 180 º fuera de fase

Desbalanceo de magnitudes iguales ni a 0º ni a 180º fuera de fase.

Desbalanceo Estático Desbalanceo Par Desbalanceo Cuasi-estático

Balanceo de

Rotores

Rotor Rígido

Un plano

Método Vectorial

con fase

Cuatro corridas

Dos o mas

planos

Método Vectorial

Método estático

par

Rotor

Flexible

Método modal

Coeficiente de

Influencia

Método integrado

Como se decide para balancear estática o dinámicamente?

La metodología que mayor predominio tiene en la industrial internacional es el balanceo estático, siendo que es mas práctico y rápido en su resolución

73%

27%

Métodos de Balanceo

Estático

Dinámico

Siendo que la metodología mas apropiada es el balanceo dinámico

Causas del desbalance en rotores

Rechupes o defectos ocasionados en la fundición.

Excentricidad radial y axial

Mala aplicación de chavetas y chaveteros.

Distorsión del metal ocasionado por la conformación o fatiga.

Tolerancias en los cojinetes o rodamientos

Corrosión y desgaste.

Acumulación de depósitos (incrustaciones).

La metodología para balancear rotores:

1. Se identifica el nivel de vibración a 1xrpm y se evalúa dicho nivel en los planos radiales, evidenciando que se trata efectivamente de desbalance.

Desbalance original

• La metodología para balancear rotores:

2. Se genera una desviación de “punto pesado que está generando el desbalance, colocando un peso de prueba, generando de esta forma un segundo vector.

Desbalance provocado

• La metodología para balancear rotores:

3. Se obtiene el vector resultante que llegaría a ser la descompensación total de masa original y provocada, de manera que se puede cuantificar la amplitud y dirección del vector denominado “desbalance”

Desbalance cuantificado

Se relaciona amplitud con masa: Vr = Vo + Vp Mr = Mo + Mp Fase de la misma forma acompaña al análisis vectorial.

ISO 1940/1

Se base en la ecuación :

Donde : r = radio de masa que genera el desbalance (m) w= velocidad angular (rad/s) m= cantidad de masa (Kg) F= Fuerza centrífuga (N) U = m*r = cantidad de desbalance (Kg*m)

Cantidad de Desbalance = Fuerza centrífuga / Rigidez dinámica

Ulim > Uexiste → Calidad dentro de tolerancia

Ulim < Uexiste → Calidad fuera de tolerancia

Desbalance

Permisible

Historia y/o

Experiencia

Fuerzas en

Rodamientos

Estándar ISO

1940/1

Calidad Del Balanceo TIPO DE ROTOR

G4000 Cigüeñales de motores (diesel) marítimos de bajas revoluciones, montados sobre soportes rígidos y con un número

de cilindros impar.

G1600 Cigüeñales de motores de dos tiempos montados sobre soportes rígidos.

G630 Cigüeñales de motores de cuatro tiempos montados sobre soportes rígidos. Cigüeñales de motores (diesel)

marítimos montados sobre soportes elásticos.

G250 Cigüeñales de motores (diesel) de cuatro cilindros y de alta velocidad, montados sobresoportes rígidos.

G100 Cigüeñales de motores (diesel) de seis o más cilindros y de alta velocidad. Cigüeñales de motores de combustión

interna (gasolina, diesel) para carros y ferrocarriles.

G40 Ruedas y llantas de carros. Cigüeñales de motores de cuatro tiempos de alta velocidad (gasolina, diesel) sobre

soportes elásticos y con seis o más cilindros.

G16 Ejes de propelas, ejes de transmisiones cardánicas. Elementos de máquinas agrícolas. Componentes individuales

de motores (gasolina, diesel) para carros y ferrocarriles.

Cigüeñales de motores de seis o más cilindros bajo requerimientos especiales.

G6.3 Elementos de máquinas procesadoras en general. Engranajes para turbinas de uso marítimo. Rodillos para

máquinas papeleras.

Ventiladores. Rotores de turbinas para la aviación. Impelentes para bombas. Máquinas herramienta. Rotores de

motores eléctricos.

G2.5 Turbinas de gas y de vapor. Rotores rígidos para turbogeneradores. Discos para computadoras.

Turbocompresores. Bombas operadas por turbinas.

G1 Grabadoras de cinta magnética y tocadiscos convencionales. Máquinas trituradoras.

G0.4 Discos compactos, brocas, barrenas. Giróscopos.

Grado Permisible de acuerdo al tipo de máquina – ISO 1940/1

Figure 1 - Typical Radial FFT Generated By Unbalance Figure 2 - Single Plane Unbalance

Patrón Vibracional del Desbalance

El desbalance genera una onda pura sinusoidal, por igualarse a la frecuencia fundamental de rotación.

Síntomas:

Vibración Radial @ 1x rpm dominante Vibración axial con niveles muy bajos, de otra forma se debe resolver o determinar si hay otro problema Forma de onda sinusoidal casi perfecta.

L a forma de onda nos muestra claramente que existe una sola fuerza que es causante del nivel global de vibración, que es el desbalance de masa

1. El equipo de balanceo dinámico está compuesto por uno a mas sensores (aceleración o velocidad)

2. Una fotocélula infrarroja o llamado también tacómetro infrarrojo

3. Un analizador de vibraciones con un software que haga el cálculo interno por los métodos mencionados.

Balanceo de un rodete de un VTI en planta Viacha – Soboce S.A.

Potencia 1250 Kw

Problema: Desbalance del rodete del ventilador por fatiga de un sector de los álabes y encostramiento (pegadura de material en discos y álabes)

Análisis Orbital

Espectro y Forma de Onda Real del ventilador de la foto

Contrapesos colocados en el balanceo

Análisis Orbital

Espectro y forma de onda después de balancear dinámicamente

GRACIAS POR SU ATENCION

PREGUNTAS????

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