Es posible que haya una mejora parcial, pero insuficiente para ser aceptable. En casos extremos, no hay convergencia a una máquina que trabaje uniformemente, y la vibración en velocidad operacional llega a ser peor con cada vez que se le coloca peso. Si esto suena familiar, siga leyendo. Hay razones válidas para resultados variables de balanceo que no tienen nada que ver con instrumentos defectuosos ni con inexperiencia. Las razones pueden ser clasificadas en dos amplias categorías:
- El Sistema Físico
- Los Métodos escogidos
Asumiré, para el resto de esta discusión, que los instrumentos de balanceo funcionan bien, y el técnico sigue los procedimientos apropiadamente.
El Sistema Físico
El balanceo en el taller sobre una maquina de balanceo tiene generalmente resultados más consistente. Esto es porque es una situación mucho más controlada. El rotor produce sólo el movimiento medido, in-modificado por la estructura circundante (es decir, la carcasa y el; soporte de los cojinetes), y la respuesta de la máquina balanceada al desbalance del rotor son conocidos y calibrados. Estas condiciones estables y conocidas no existen en el balanceo de campo, donde cada máquina de rotación es una configuración diferente, con cojinetes diferentes, diferente rigidez de los soportes, y quizás, algunos defectos que preexisten en el resto de la máquina. Estos defectos que preexisten podrían ser cualquier número de lo Siguiente:
- Desgaste de cojinete
- Eje doblado u otra distorsión
- Holgura
- Desalineación
- Excentricidad
- Fuerzas Alternativas
- Resonancia
- Inestabilidad
Los elementos rodantes desgastados de los cojinetes son caracterizados por lecturas inestables de amplitud y fase, porque los cojinetes no pueden repetir la posición del eje en cada rotación. Además, los cojinetes serán ruidosos. El desbalance bruto puede ser corregido hasta cierto punto, pero nosotros no podemos balancear solamente que el de precisión en los cojinetes. Una prueba de elevación con un indicador de esfera puede medir el espacio libre radial y medir la cantidad de desgaste. La manera de tratar con cojinetes usados es de aconsejar al propietario de la máquina, permitiendo que él/ella decida cómo continuar, que pudiera ser:
- Hoy intenta hacerlo lo mejor que puedas.
- Reemplaza los cojinetes y te llamare cuando estés listo para continuar el balanceo.
- Pida que usted reemplace los cojinetes.
Tenga en cuenta que la amplitud de RPM 1x y la fase también pueden vagar si el anillo interior tiene el espesor no uniforme, el anillo exterior gira en la carcasa, o a una máquina próxima (cerca de la misma velocidad) y esto contribuye a alguna energía vibratoria.
Un eje doblado se ve igual que un desbalance con una alta amplitud de 1x RPM de vibración. Desafortunadamente, esta condición generalmente no puede ser corregida por pesas. Puede ser corregido si las pesas son colocadas en el plano axial donde la curva es más grande. Esto requiere generalmente un peso excepcionalmente grande de corrección y trabaja bien sólo en una sola velocidad. La manera de tratar con un eje doblado es de reconocer primero que el balanceo no produce resultados buenos lo bastante rápido. Entonces pare la máquina y mida el descentramiento del eje con un indicador de esfera en varios lugares. El descentramiento aceptable es de menos de 0.001 de pulgada de la lectura total del indicador (T.I.R.). Cuándo un eje doblado es confirmado, entonces se aconseja al propietario que pueden ordenar un nuevo eje. Mientras tanto, el eje doblado pegará en los cojinetes. Se asume que no existe holgura al comienzo de los procedimientos del balanceo. Todo debe ser apretado de lo que se supone debe de ir apretado. Si no, saque las llaves inglesas.
La holgura se manifestará como vibración alta de amplitud en ½ RPM, 1x RPM, 1½ RPM, 2x RPM, 2½ RPM, etc. Es una cuerda de harmónicos y medios harmónicos que es fácilmente detectable con un analizador de espectro. La desalineación del eje crea una cuerda de harmónicos, además de alguna amplitud de componente a 1x RPM.
Este componente debido a la desalineación no puede ser quitado por balanceo de masa, pero todavía peor, hará la medida de amplitud de 1x RPM inexacta. Esto hará el cálculo de las pesas de balanceo inexacto porque las lecturas de entrada están equivocadas. Iniciamos mal, y se pondrá peor a partir de allí. La única manera de verificar una buena alineación del eje es la de columpiar un conjunto de lecturas con una instalación fija conectada a los ejes. Si el balanceo no trabaja bien, y la alineación del eje es dudosa, entonces la cosa apropiada por hacer es de parar el balanceo inútil, alinee los ejes, entonces continúe con el balanceo después. Las poleas excéntricas, los engranajes, las ruedas de espigas, y las ruedas producirán un pulso fuerte de 1x Rpm cada vez que el torque es transmitido sobre el punto más alto. Esto se ve igual que el desbalanceo, pero no tiene esperanza de corrección con pesas. Este otra vez, es diagnosticado mejor con indicadores de esfera y corregido reemplazando la parte defectuosa. Para el técnico de balanceo, su responsabilidad termina cuando esta condición es reconocida y es informada al propietario de la máquina. Debemos dejar de quemar el dinero del balanceo en cuanto olemos el humo!
Todas las máquinas reiprocantes producen un pulso fuerte en 1x RPM de fuerzas de presión de gas, eso sólo puede ser compensado parcialmente por pesas de equilibrio de cigüeñal. Aún así, las maquinas multi-cilindro (motores, compresores y bombas) pueden ser balanceadas por masa a menos de 1.0-mil pico a pico de amplitud si no existe ningún otro defecto operacional, como flujo pobre de combustible, válvulas pegajosas, combustión incompleta, o anillos con fugas. Ya que este tipo de maquinaria no siempre mantienen una velocidad constante, se debe de utilizar un filtro de rastreo para adquirir datos válidos de fase, o utilizar el método de balanceo de ningún-fase.
La resonancia es una debilidad estructural dinámica que confunde realmente la tarea de balanceo por dos razones—la respuesta de amplitud es no lineal y la respuesta de fase es sumamente variable cerca de una frecuencia natural. Es un defecto estructural y el arreglo apropiado es modificar la estructura. Cualquier parte cercana puede estar resonando—el rotor mismo (entonces es llamado una velocidad crítica), los soportes de los cojinetes, un panel, la base o la cimentación, la carcasa, o un tubo conectado. Es un defecto encubierto que el técnico desconoce hasta que el proceso del balanceo no va bien—se separa con muchas pesas por todas partes alrededor de la rueda con muy poca mejora. El sujeto de resonancia podría consumir un libro entero, y cómo afecta el balanceo podría ser un capítulo de 50 páginas. Los arreglos para la resonancia podrían ser otro libro. Para el técnico, es importante reconocer que esa resonancia es velocidad sensible, así que una estrategia es de escoger otra velocidad en la cual balancear. Otra estrategia es la de utilizar el método de las 4-carreras sin fase, que es uno de los pocos métodos que trabaja en o cerca de una resonancia. Otra estrategia es la de parar la máquina y hacer alguna prueba de impacto para encontrar la parte resonante y asegurarla. La mayoría de los instrumentos de balanceo pueden ser utilizados para esta prueba de frecuencia-natural, si se configura apropiadamente y un método sistemático de prueba es utilizado. El punto importante es de reconocer la criatura, pare el balanceo como de costumbre, y haga algo diferente.
La inestabilidad es casi tan evasiva como la resonancia, y como la resonancia, la convierte en un mal día de balanceo. Se demuestra como un cambio de paso en la vibración. La máquina podría ser balanceada hacia abajo a 1.5 miles, entonces bruscamente saltar hasta 7.5 mils. La inestabilidad podría ser una base agrietada, un pedestal coronado de cojinete, o una expansión térmico-inducida. La máquina tiene dos condiciones fijas que pueden intercambiarse, generalmente contra algunas paradas físicas, y fricción insuficiente para retenerla en alguna posición intermedia. La única solución es encontrar el defecto y arreglarlo. Un indicio aunque; tiene generalmente algo que ver con los cojinetes, y una inspección de cojinete, o un reemplazo puede estar en la orden.
Los Métodos escogidos
Hay diez métodos conocidos de balanceo de masa, enlistados en la tabla 1. De ésos, los métodos de influencia de coeficiente de un solo plano y el de dos planos son los que la mayoría de los instrumentos de balanceo vienen pre programados. Las clases de balanceo se centran en estos dos métodos, que es realmente sólo un método con matrices de diferente tamaño en el cálculo. El técnico es incitado en el comienzo, en cuál subrutina a seguir—solo- o el de dos-planos. El mundo del balanceo es realmente grande y hay más elecciones, con otros que trabajan mejor que el método de coeficiente de influencia (I.C.M.).
El método del coeficiente de influencia es defectuoso en varios aspectos en situaciones aplicadas al balanceo en campo. Trabaja mejor en una máquina de balanceo con apoyos suaves, un rotor rígido, y en bajas velocidades, es decir, menos de 1,000 RPM. En el campo, con una máquina en sus propios cojinetes y energizada por una maquina impulsora, en un sistema de base y apoyode respuesta desconocida, y a alta velocidad, cualquier cosa puede pasar. El primer desperfecto con el método de coeficiente de influencia es que asume la linealidad, tanto para la amplitud como para la respuesta de fase. Esto es implicado por el cálculo de matriz y es una condición previa necesaria para las matemáticas para producir un peso válido de corrección. Sabemos que el mundo no es lineal cerca de las frecuencias naturales, y la fase de respuesta enloquece. También puede haber situaciones sutiles con el sistema de la base del cojinete que puede endurecer o ablandarse que hace que el sistema responda en una manera no lineal.
No existe ningún gran letrero con luces de neón en la máquina que dice, "Técnicos: tengan cuidado con el perro no lineal". ¿Qué hacer acerca de esto? Deje las pesas de balanceo para que hagan una mejora y comience de nuevo con nuevos datos originales.
El segundo desperfecto mayor con el método de coeficiente de influencia es que es sensible a la ubicación de la prueba de peso. No debe ser, teóricamente, pero es (Ver Ref. 1). Colocar el peso de prueba es como colocar una apuesta en una rueda de ruleta. Cualquier lugar es tan bueno como cualquier otro, según cabe suponer. Es una adivinación en donde colocar el peso de prueba (sin el conocimiento previo de la conducta de la máquina), así que usted también puede satisfacer su impulso de apuesta en este paso del balanceo. Usted saldrá más rico al final que si usted busca su satisfacción en un casino. Si su apuesta fue mala, usted siempre lo puede quitar, y ponerlo en otra parte, y girar la rueda otra vez, con la pérdida de tan sólo un poco de tiempo.
El tercer desperfecto mayor con el método de coeficiente de influencia es que requiere instrumentos caros de medida de fase y una computadora para hacer las matemáticas de matriz. Los cálculos de un solo plano todavía se pueden hacer con gráficos de vector, pero pocas personas están todavía vivas que puedan hacer cálculos de vector de dos planos en papel milimétrico. De cualquier manera, ¿Quién querría, cuándo los ordenadores portátiles y calculadoras programables lo hacen tan fácilmente? La idea fundamental aquí está que todos estos instrumentos deben ser conectados apropiadamente, deben ser configurados, y trabajar como se pretende. El proceso del balanceo se mueve hacia el interior de una caja electrónica, y el técnico pierde el "toque" con lo que sucede. Él/ella está volando (balanceando) en los instrumentos y sus cabezas están en las nubes. El instrumento de la medición de la vibración tomará las lecturas, buenas o malas, y la computadora escupirá un cálculo de corrección basado en el peso en los datos de entrada. Si es un peso bueno que reduce la vibración depende de los datos de entrada, varias suposiciones realizadas antes, y la condición de la matriz. Una matriz de condición enferma es más probable en el campo con la falta de linealidad, que en una máquina de balanceo en el taller.
¿Qué hacer acerca de esto? Hay otros 8 métodos de balanceo. Intente otro método. En mi negocio abandonamos rápido el método de coeficiente de influencia si no produce una reducción de por lo menos 50 % en la vibración con el primer peso de corrección. De hecho, mis técnicos prefieren comenzar con el método de 4 carreras sin fase en todos los trabajos de balanceo, y cambiar al método de los 2 planos si parece a hay un desbalanceo fuerte de acoplamiento con efecto transversal. La razón, hemos encontrado por la experiencia, que el método de las 4 carreras trabaja consistentemente más a menudo que cualquier otro método en el campo, además de la limpieza. Si cualquier reducción en la vibración puede ser obtenida con la colocación de peso, este método lo encontrará.
Un beneficio adicional al método de las 4 carreras es que requiere un mínimo de instrumentos— tan solo una lectura de amplitud filtrada (no se requiere fase). De hecho, en el aula en Dallas, los estudiantes han balanceado muy exitosamente con un voltímetro de AC y un sensor de velocidad. Un estudiante sacó un Multímetro de su estuche de herramientas, rápidamente hicimos un cable para conectar un sensor de velocidad IRD 544, y con el este método, él balanceo la máquina tan bien como con un IRD 245, e igual de rápido. Otorgado, esto es un voltaje general de AC RMS, no una lectura filtrada en 1x RPM, pero el método funciono.
Entonces ¿porque los cursos de capacitación de balanceo ensenados por los fabricantes de instrumentos muestra estos métodos sencillos con instrumentos sencillos? La respuesta es obvia. Usted no compraría sus instrumentos caros con medidas de fase que hacen los cálculos de coeficiente de influencia. Tenemos esos instrumentos caros, y los utilizamos cuándo es necesario, que es aproximadamente el 15 % del tiempo. El 85 % restante de los trabajos de balanceo se pueden realizar en un solo plano. En el campo, el método de las 4, tiene la tasa más alta de éxito.
Un problema común en todo lo relacionado al balanceo es no conocer, por adelantado, donde colocar las pesas por la longitud axial de la máquina. Esto es ilustrado en la Figura 5. Sería agradable tener un sistema de imágenes, como una cámara de densidad de masa (que no existe), que podríamos ver el ensamble de rotación y ver la ubicación del lugar pesado imaginario. Entonces, por lo menos, nosotros podríamos colocar el peso de prueba en el plano axial correcto. Cuando se para, colocamos generalmente el peso de prueba donde es más conveniente colocarlo. Esto, entonces, también define el plano de corrección (a menos que haga transposición de plano, que nunca se hace en el trabajo de campo). Si hubo un buen día, y el peso de prueba no estuvo demasiado lejos del punto pesado del plano, entonces el balanceo debe trabajar bien. Si mi peso de prueba no acertó en este punto por una cantidad significativa, entonces el peso de prueba y lugar pesado crean una pareja desbalanceada. Esto requeriría del balanceo de dos planos para reparar en un rotor rígido. En un rotor flexible, el mundo se vuelve un lugar considerablemente más complicado. El punto con esta discusión es que nosotros no tenemos manera de saber donde el lugar pesado verdadero está en un rotor largo. ¿Podemos adivinar, basados en lo que vemos, que es probablemente en un plano que tiene más masa, pero si hay varios planos de carga de masa, entonces cuál? Después que se termina el balanceo, y tiene éxito, entonces podemos mirar las pesas de corrección y ver donde son distribuidas para proponer una estimación del plano pesado del lugar "después de hecho". El problema con todo el balanceo es que no se nos permite este conocimiento de antemano, y esto podría ser una razón por qué el balanceo no funciona.
Así que con todos estos obstáculos para el balanceo de campo, ¿por qué siquiera lo intentamos? La respuesta es que trabaja bien en más del 50 % del tiempo. El balanceo es una alegría para mí porque proporciona satisfacción laboral inmediata. Disfruto del balanceo más que de cualquier otro proceso para corregir la vibración en las máquinas. Me lleva a lugares interesantes. Este artículo está pensado para proporcionarle con conocimiento para manejar a esos alborotadores ocasionales. Mantenga una serie de métodos de balanceo en su caja de herramientas y escoja un método apropiado basado en lo que usted observa. No tenga miedo para admitir fracaso con un método inicial, abandónelo, y continúe con otro método. Nosotros necesitamos a veces cambiar 2 o 3 veces hasta que encontremos un método que trabaja ese día, en esa máquina.
Victor Wowk es presidente de Machine Dynamics, Inc., con cede en Albuquerque, Nuevo México, EEUU. El es el autor de "Machine Vibration: Balancing", publicado en 1995 por McGraw-Hill. El enseña un seminario de dos días de balanceo en marzo todos los años en Phoenix. El calendario es anunciado en www.machinedyn.com.
Referencias
- “What’s Wrong With My Balancing Instrument?” by Victor Wowk, P/PM Technology, August 1997
- “A Management Guild to Balancing,” by Victor Wowk, Maintenance Technology, June 1998
- “The Trouble With Balancing,” by Victor Wowk, Energy Tech, June 2005 (Part 1) and August 2005 (Part 2)