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Vibración Causada por Desbalanceo

OOPS!

1

Desbalanceo Desbalanceo Centro Centrode deMasa Masa≠≠Centro Centrode deRotación Rotación

Eje Rotatorio

Eje Rotatorio

Centro de Eje Centro de Gravedad Balanceado

Centro de Gravedad

Desbalanceado

Se dice que una pieza esta desbalanceada cuando el eje inercial de rotación se encuentra desplazado del centro de giro. 2

ESPECTRUM

LTDA

EL DESBALANCEO Antes que un cuerpo pueda ser balanceado dinámicamente con ayuda del analizador de vibraciones, es preciso satisfacer ciertas condiciones. La vibración tiene que ser una condición del desequilibrio y consecuentemente debe haber la posibilidad de practicar correcciones en el peso del rotor y observarlo a través de la lámpara estroboscopica o de un fasor de referencia ( Keyphasor ); para obtener las mediciones de ángulo de fase que no servirán de ayuda para realizar el balanceo dinámico. Las condiciones que tienen que ser satisfactorias, pueden lograrse con la pieza desbalanceada, estando ésta montada sobre sus propias chumaceras, después de lo cual podrá continuar operando como de costumbre. El procedimiento de balancear un cuerpo giratorio sin desmontarlo de la máquina, recibe el nombre de Balanceo en Sitio. La ejecución del balanceo dinámico en su sitio evita la necesidad de desmontar la máquina, transportar la pieza desmontada hasta la máquina balanceadora y realizar el balanceo dinámico dentro de condiciones artificiales; además, se asegura un funcionamiento suave de la máquina una vez balanceada la pieza en su propio lugar de montaje. El balanceo dinámico en el propio sitio de montaje es un procedimiento de avance progresista que sólo exige la atención de unas cuantas reglas de sencilla aplicación. 3

ESPECTRUM

LTDA

CAUSAS DEL DESBALANCEO

Son muchas las causas para que una pieza genere desbalanceo, y entre estas tenemos: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

Problemas de maquinado Distribución desigual de pesos Desgaste de material Golpes. Perdida de rigidez por una fisura. * Distribución desigual de cargas en los apoyos. Mal ensamblaje de la pieza Acumulación de material en las paredes del ventilador, rotor, o polea

4

ESPECTRUM

LTDA

CAUSAS DEL DESBALANCEO El agujeró o burbuja de falla en la fundición, el rayo más grueso, la situación excéntrica del barreno y el corte excéntrico de la ranura de la polea, todos estos factores contribuyen a que se sume un peso mayor hacia uno de los lados del centro de rotación. Otro aspecto que induce vibración son las pérdidas de ajustes en la tolerancia de ensamble, causando excentricidades en el momento del acoplamiento.

5

ESPECTRUM

LTDA

CAUSAS DEL DESBALANCEO Incidencia de la distancia entre el punto de apoyo y la polea Una variación en esta distancia puede ocasionar problemas de desbalanceo, debido a una mala distribución de fuerzas, por eso es importante marcar la pieza antes de desmontarla, con el objeto de dejarla en el mismo sitio. De ser posible trate que las distancias sean lo mas cortas posible entre el elemento de transmisión y el apoyo.

6

ESPECTRUM

LTDA

CAUSAS DEL DESBALANCEO Las precargas sobre la estructura, generan deformaciones que dan origen a falsos “ DESBALANCEOS “

En este caso el peso del filtro ocasionaba una alta vibracion, la cual emulaba un falso desbalanceo, se corrige dando apoyo al filtro y separando la tubería del filtro de la de succión, mediante la utilización de una lona, antes tenia un banda de caucho pero era muy rígida, y no aislaba. 7

ESPECTRUM

LTDA

CAUSAS DE UN DESBALANCEO LA NO DEMARCACION DE LAS PARTES Es muy importante marcar las piezas antes de desmontarlas, esto permitirá que el balanceo realizado con anterioridad no se pierda, de lo contrario se genera vibración por desbalanceo.

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ESPECTRUM

LTDA

PK Velocity in mm/Sec

DESBALANCEO POR ACUMULACION DE MATERIAL

12 10 8 6 4

S.L - PUG SEALER SEGUNDA LINEA ZM-151 -C-H C-HORZ (REDUCTOR LADO POLEA ROUTE SPECTRUM 01-DEC-03 14:15:40 1X ENTRADA REDUCTOR = 550 cpm OVRALL= 9.94 V-DG PK = 9.88 CARGA = 100.0 RPM = 575. DESBALANCEO POR ACUMULACION MATERIAL RPS = 9.58

2 0

Velocity in mm/Sec

0

4000

8000 12000 Frequency in CPM

16000

ROUTE WAVEFORM 01-DEC-03 14:15:40 PK = 10.28

12 9 6 3 0 -3 -6 -9 -12 -15 0

20000

50

100

150 200 Time in mSecs

250

300

350

La acumulación de material en las paredes de las poleas genera incrementos de vibración a la frecuencia de giro, dando origen a un desbalanceo, por lo tanto es importante limpiar las paredes de las poleas, tenga en cuanta entre mas rápido gire una pieza, es mas sensible al desbalanceo. 9

ESPECTRUM

LTDA

FALSO DESBALANCEO POR FISURA FA-77

24

RKEF - VENTILADOR FA-77 -D-H VENTILADOR LADO ACOPLE Route Spectrum 11-MAR-02 15:29:07

21

1X RPM

18 PK Velocity in mm/Sec

OVRALL= 18.98 V-DG PK = 18.92 CARGA = 100.0 RPM = 1750. RPS = 29.17

15

12

9

6

3

0 0

4000

8000

12000

Frequency in CPM

La maquina puede presentar aumento o disminución constante de amplitud, pero manteniendo una fase dentro de rangos estables, esto significa la presencia de una fisura concentrada en un solo sitio, si la fase cambia, es síntoma de presencia de varias fisuras. 10

ESPECTRUM

LTDA

La alta vibración en el ventilador y el cambio de niveles de amplitud y de fase, estando el conjunto en operación tanto en frió como en caliente, hicieron sospechar de la posibilidad de una fisura, la cual fue confirmada luego de la inspección. 11

ESPECTRUM

LTDA

FALSO DESBALANCEO POR FISURA

Mientras una fisura no sea corregida en su totalidad, difícilmente se puede conseguir un nivel de vibración aceptable mediante el balanceo, o de lograrlo en cualquier momento la amplitud se puede aumentar.

12

ESPECTRUM

LTDA

ROTOR QUE PRESENTO FISURAS CONSTANTES

Nótese la presencia de la cantidad de pesas que se adicionaron , debido a la presencia de las fisuras

Pruebas con tintas penetrantes para determinar la presencia de fisuras.

13

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE ES LA RELACION ENTRE DOS EVENTOS PERO MEDIDO EN TERMINOS DE GRADOS 0°

360 °

14

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE El ángulo de fase es conocido como el ELEMENTO REFERENCIADOR, y nos indica la posición en un momento determinado del lugar donde esta sucediendo el evento que esta generando el problema. Su mayor aplicación esta en la realización de los balanceos dinámicos, pero también puede ser utilizado para conocer la posición de un diente roto en un engranaje, un roce, una soltura mecánica, determinar estados de RESONANCIA, diferenciar entre los problemas de Desbalanceo, Desalineación, Resonancia, también sirve para determinar la Torcedura de Ejes, Problemas de descentramiento entre dos puntos de apoyo, ya sea dos chumaceras, o las dos tapas de un motor.

15

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE Cuando se registra el ángulo de fase ( posición del elemento causante del problema mediante una ubicación en grados o en posición horaria según sea el elemento utilizado para tal fin ), también se obtiene simultáneamente el valor de la vibración, y las RPM de la maquina que se esta analizando

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ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE VIBRAN EN FASE Los elementos de la figura “ C “ y “ D “ vibran en fase, por lo tanto cuando en un ventilador que tiene dos puntos de apoyo sobre los cuales se toman medidas de angulo de fase, y esta dan iguales o muy similares, se puede decir que vibra en FASE, dando lugar a un desbalanceo de tipo ESTATICO

17

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE VIBRAN EN DESFASE Los elementos de la figura “ A “ y “ B “ vibran en desfase, por lo tanto cuando en un ventilador que tiene dos puntos de apoyo sobre los cuales se toman medidas de angulo de fase, y esta dan opuestas, se puede decir que vibra en DESFASE de 180 ° ( grados ), lo que da lugar a un desbalanceo llamado de tipo CRUZADO

18

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS PARA MEDIR ANGULO DE FASE PARA PODER MEDIR EL ANGULO DE FASE SE HACE NECESARIO TENER LOS SIGUIENTES ELEMENTOS:

1)

* Lámpara Estroboscopica * Fasor de Referencia ( Sensor de tipo Óptico, o de Proximidad )

2)

Medidor de Vibraciones que pueda realizar filtrados a una frecuencia especifica y acepte la entrada de la lámpara estroboscopica y/o del fasor de Referencia

3)

Sensor de vibración

19

ESPECTRUM

LTDA

PRINCIPIOS BASICOS DEL DESBALANCEO

La técnica de equilibrio es el proceso mediante el cual se averigua el monto y la posición del punto pesado para así poder agregarle igual concentración de peso al lado opuesto del rotor o quitarle peso al punto pesado. Se sabe que entre más desequilibrio hay, mayor será la fuerza y por consiguiente mayor será la amplitud de vibración para determinar el grado de desequilibrio que se tiene. Además se usa la ubicación de una marca de referencia en la pieza, detectando con la luz estroboscopica analizadora, o con el fasor de referencia ( Keyphasor ); para determinar el ángulo de fase que nos permitirá saber donde se encuentra el punto pesado ( descompensación ). Si se le agrega un peso de desequilibrio a un rotor perfectamente equilibrado, la pieza vibrará con una frecuencia igual a su velocidad rotativa.

20

ESPECTRUM

LTDA

LAMPARA ESTROBOSCOPICA La luz estroboscopica que se suministra con algunos analizadores, es una luz de alta intensidad que pulsa sincronizada con la frecuencia vibracional o sonora que se mide. La luz es conectada al analizador por intermedio de un CABLE PARA LUZ ESTROBOSCOPICA y en el conector que está asignado para esta función. Para poder conocer el ángulo de fase con la lámpara estroboscopica, primero que todo se debe realizar una sincronización de las pulsaciones o destellos de la lámpara con un elemento de la máquina y bajo su velocidad de rotación. Esto quiere decir que una vez conseguido la sincronización, la pieza o parte de la máquina utilizada para tal efecto aparecerá inmóvil a la LUZ DE LA LAMPARA ESTROBOSCOPICA, el número de pulsaciones de la lámpara estroboscopica por minuto coincide con el número de revoluciones por minuto de la pieza tomada como guía. La fase con la lámpara estroboscopica no es más que una señal de referencia vista quieta en movimiento y en un determinado sitio. Esta marca o señal, será la base para ser tomada como ángulo de fase y utilizada para los efectos en los cuales tiene aplicación. 21

ESPECTRUM

LTDA

El ajuste sincronizador de la lámpara estroboscopica se realiza mediante el uso de un elemento llamado OSCILADOR, el cual permite hacer pulsar la luz estroboscópica hasta conseguir ver quieta una parte de la máquina, durante éste procedimiento y mientras este operando el oscilador, el equipo de vibraciones no estará dando lectura de amplitud, es decir su valor será cero. El elemento oscilador que se utiliza en conjunto con la lámpara estroboscópica ofrece tres posibilidades importantes: 1 ) Realizar estudios en movimientos lentos 2 ) Facilitar la sincronización del filtro 3 ) Determinar la velocidad de rotación ( RPM ) de una pieza. Para efectos de Balanceo Dinámico, la frecuencia que nos interesa sincronizar con el oscilador será la de giro del eje que contiene el elemento a ser analizado por desbalanceo, VENTILADOR, IMPULSOR, POLEA, ETC, la marca obtenida como referencia será la usada como ángulo de fase.

22

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE CON LAMPARA ESTROBOSCOPICA

En este caso el equipo cuenta con una lámpara estroboscopica, la cual se sincroniza a la velocidad de giro del equipo que se esta analizando en la función oscilador, hasta que este aparezca inmóvil ante su reflejo, posteriormente se pasa a la función filtro y se obtiene la posición de fase en términos de demarcación horaria, y la amplitud de la vibración. 23

ESPECTRUM

LTDA

Para efectos de Balanceo Dinámico, la frecuencia que nos interesa sincronizar con el oscilador será la de giro del eje que contiene el elemento a ser analizado por desbalanceo, VENTILADOR, IMPULSOR, POLEA, ETC, la marca obtenida como referencia será la usada como ángulo de fase. Debe entenderse que el ángulo de Fase medido con la Lámpara Estroboscopica no es un numero ( 10, 40 0 135 grados ), sino una posición de un elemento o marca en el rotor y que fue vista inmóvil en pleno movimiento, cuando la lámpara genero una cantidad de destellos iguales a las RPM de la maquina que se estaba observando. El valor en numero de grados dependerá única y exclusivamente de la convención designada por el usuario.

24

ESPECTRUM

LTDA

La lámpara estroboscopica nos permitirá ver una señal quieta al sincronizar una cantidad de destellos iguales a las RPM de la maquina, y la marca vista inmóvil, la podemos tomar en términos de grados, o de posición horaria

12

9

3

6 Para nuestro caso podríamos decir que la marca al ser registrada inmóvil con la lámpara estroboscopica nos demarcaría una posición de ángulo de 150 ° ( grados ), o lo que seria igual a decir en la posición 5 horas de acuerdo a la demarcación de un reloj. 25

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE CON LAMPARA ESTROBOSCOPICA

1

2

3

4

5

1)

El eje esta quieto y se hace una marca en cualquier posición ( para nuestro caso a las 12 horas ) y se instala el sensor de vibración en un punto fijo, manteniéndolo ahí hasta terminar la prueba

2)

Se pone a girar la maquina y se sincroniza la lámpara a la velocidad de giro.

3)

Cuando se alcanza la sincronización a la velocidad de giro y se esta efectuando un filtrado a esta, la marca aparecerá inmóvil en algún punto ( para nuestro caso en la posición 4 horas )

4)

Se apaga el equipo que esta girando y cuando este para, la marca quedara en alguna posición, para nuestro caso queda a las 9 horas.

5)

Estando el rotor apagado, se mueve lentamente hasta hacer que la marca quede en la posición horaria en que la vimos cuando se efectuó el sincronismo, y que fue en la posición 4 horas, en ese momento al frente del sensor de vibración se obtendrá el lugar donde esta ocurriendo la anormalidad 26

ESPECTRUM

LTDA

La luz estroboscópica también nos permite sintonizarnos a una frecuencia armónica de la fundamental de giro ( RPM ) y en este caso observar varias marcas, para mayor comprensión podemos observar las gráficas de las figuras ( A ) Y ( B ) , en las cuales tenemos los siguientes aspectos: La figura “A “ nos muestra tres marcas congeladas en pleno movimiento, lo cual significa que estamos sincronizados al tercer armónico ( 3x RPM ) de la velocidad de giro de la pieza observada. Cosa contraria sucede en la Figura “B“, en la cual observamos muchas marcas y denominada de tipo ERRATICA, significa que la fuente de la vibración es ocasionada por mucho ruido, vibración inestable, compleja o tal vez ocasionada por una fuente externa.

Figura A

Figura B 27

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE FASOR DE REFERENCIA ( KEYPHASOR ) El Keyphasor ( Fasor de Referencia ) es un transductores ( sensor ) que se instala en una máquina para detectar una marca de referencia, y genera un pulso por cada vuelta. Utilizando esta marca de referencia, el sistema de transductor produce un pulso de voltaje que actúa como una señal de sincronización o de evaluación de tiempos ( Fig. C ) , proporcionando una referencia para poder tomar los datos en un tren de máquinas. Dicha señal puede ser utilizada para activar los siguientes instrumentos: Tacómetro, Filtro Digital de Vectores, Osciloscopio, Equipos de Balanceo Dinámico y Analizadores Portátiles. La información producida por el sistema permite medir la velocidad de rotación del eje, el ángulo de fase, la frecuencia de vibracion y la dirección de presesión del eje. Existen en el mercado dos tipos de FASORES DE REFERENCIA ASI: * KEYPHASOR DE PROXIMIDAD * KEYPHASOR OPTICO

28

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE CON KEYPHASOR

Figura C : Señal de vibracion y pulso del K

ø

El punto Alto en el eje se encuentra debajo del sensor cuando el eje demuestra su máxima deflexión hacia el sensor

29

ESPECTRUM

LTDA

MEDICIÓN DE ANGULO DE FASE CON SENSOR DE PROXIMIDAD El fasor de referencia de PROXIMIDAD consta de un sensor de proximidad tipo estándar ( normalmente de 8 mm de diámetro ), un cable de extensión y un proximitor. Una máquina puede tener varios KEYPHASOR como ejes donde se produzcan cambios de velocidad, esto significa que si una máquina es del tipo motor-reductor-ventilador, podemos tener un Keyphasor en el eje del motor, que nos permitirá conocer la velocidad de rotación del motor y su ángulo de fase, para el ventilador se puede instalar otro Keyphasor y conocer la velocidad de rotación del ventilador y su ángulo de fase. El sensor de proximidad se utiliza para observar una UNICA marca de referencia o discontinuidad de la superficie sobre el eje. Dicha marca de referencia puede ser una muesca en el eje ( Foto C- Pag 32 ), o una proyección, como una cuña. Para obtener una señal de precisión, el ancho de la marca de referencia debe ser por lo menos igual a una vez y media ( 1-1/2 ) del diámetro de la punta del sensor, pero no debe exceder dos veces el tamaño del diámetro de la punta del sensor. La profundidad debe ser por lo menos de un octavo de pulgada ( 3 mm ) o lo suficiente como para generar un pulso superior a 5 voltios. 30

ESPECTRUM

LTDA

El sistema de medición por Proximidad esta compuesto de Tres elementos : 1) Sensor de proximidad 2) Cable de Extensión 3) Proximitor

Sensor Proximidad

Proximitor

Cable Extensión

31

ESPECTRUM

LTDA

MEDICIÓN DE ANGULO DE FASE CON SENSOR DE PROXIMIDAD

Foto A

Foto B

Foto C

En este caso el elemento utilizado para registrar el ángulo de fase es un SENSOR DE PROXIMIDAD, el cual se instala en su soporte rígido ( Foto A ), la punta del sensor se enfrenta a una muesca que se hace en el eje ( Foto B ), la cual tiene un diámetro de ± 2 milímetros mayor que el diámetro de la punta del sensor y una profundidad de la ½ del diámetro de la punta del mismo sensor, la distancia a la cual se deja la punta del sensor del eje es de ± 1 mm ( 40 milésimas de pulgada ) ( Foto C ) 32

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE - MONTAJE SENSOR OPTICO Disposición de los elementos para la medición del ángulo de fase ( Sensor Óptico - Sensor de Vibración – Cinta Reflectiva )

EL FASOR DE REFERENCIA TIPO OPTICO, trabaja en base a un pulso de la señal; generando al observar un destello en la imagen del sensor cada vez que una marca de referencia ( CINTA TIPO REFLECTIVA ) pasa por delante de él. 33

ESPECTRUM

LTDA

ANGULO DE FASE – MONTAJE SENSOR OPTICO

Medición de ángulo de fase mediante la utilización de un sensor tipo óptico, y una cinta reflectiva, esto permitió identificar el sitio donde esta ocurriendo la vibración por desbalanceo, y al mismo tiempo poder determinar el lugar donde se corrige la anormalidad... Para poder medir la fase con el sensor Óptico se hace necesario instalar una cinta reflectiva en el eje, y la punta del sensor óptico debe quedar mas o menos a una ( 1 ) pulgada de distancia de la cinta. ( la distancia de separación del sensor óptico de la cinta puede depender del tipo y marca de equipo a utilizar. 34

ESPECTRUM

LTDA

ASPECTOS QUE PERMITEN IDENTIFICAR UN PROBLEMA DE DESBALANCEO 1)

FRECUENCIA PREDOMINANTE 1X RPM

2) DIRECCIÓN PREDOMINIO HORIZONTAL 3) FORMA DE ONDA TIPO SENOSOIDAL 4) AMPLITUD CONSTANTE ENTRE UN ARRANQUE Y OTRO 5) COMPORTAMIENTO DE LA FASE AL CAMBIAR EL SENSOR DE VIBRACIÓN DE LA DIRECCIÓN HORIZONTAL A LA VERTICAL, SE DEBE PRESENTAR UN CAMBIO DE FASE DE 90 GRADOS. 35

ESPECTRUM

LTDA

PK Velocity in mm/Sec

REPRESENTACION TIPICA DE UN DESBALANCEO PP-18

10

RKEF - BOMBA DEL RIO -A-H MOTOR LADO LIBRE ROUTE SPECTRUM 14-JUN-01 09:47:37 OVRALL= 7.19 V-DG PK = 7.21 CARGA = 100.0 RPM = 1750. RPS = 29.17

8

1X RPM

6 4 2 0

Velocity in mm/Sec

0

10000

20000 30000 Frequency in CPM

40000

50000

ROUTE WAVEFORM 14-JUN-01 09:47:37 PK = 7.22

8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 0

100

200

300 Time in mSecs

400

500

600

La frecuencia de predominio es de 1X RPM ( 1.750 CPM con una amplitud de 7.5 mm/seg. en el lado libre del motor ( punto A ).

36

ESPECTRUM

LTDA

PK Velocity in mm/Sec

REPRESENTACION TIPICA DE UN DESBALANCEO S.L - Ven. air purga precipit calc DC-152-06 -A-H MOTOR LADO LIBRE 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

ROUTE SPECTRUM 19-MAR-02 15:02:48 OVRALL= 37.02 V-DG PK = 36.99 CARGA = 100.0 RPM = 3600. RPS = 60.00

1X RPM

0

20000

40000

60000

Velocity in mm/Sec

Frequency in CPM 60

ROUTE WAVEFORM 19-MAR-02 15:02:48 PK = 34.30

40 20 0 -20 -40 -60 0

100

200

300

400

500

Time in mSecs

Vibración predominante en la dirección horizontal a 1X RPM, con forma de onda tipo senosoidal, lo cual indica un desbalanceo PURO

37

ESPECTRUM

LTDA

Fase Vertical = 150 grados

90 grados

Fase horizontal = 60 grados

Para que exista desbalanceo se hace necesario que el cambio de fase entre la dirección horizontal y la vertical sea de 90 grados, si esto no ocurre; se puede decir que la fuente de la vibración no es por desbalanceo 38

ESPECTRUM

LTDA

DESBALANCEO

Fuerza portadora del Desbalanceo Eje inercial de Rotación Centro de Masa

39

ESPECTRUM

LTDA

EXPRESION DEL DESBALANCEO

10 onzas

8 Pulg.

El desbalanceo se expresa como la relación de una fuerza por una distancia, en este caso su magnitud de la fuerza actuadora sera de : Fuerza = 8 pulgadas X 10 onzas = 80 Onzas X pulgada 40

ESPECTRUM

LTDA

PUNTO PESADO VS PUNTO LIVIANO

Punto Liviano

Punto Pesado

El punto “ PESADO “ es el sitio donde esta ocurriendo la maxima amplitud y fuerza generada por el desbalanceo.

El punto “ LIVIANO “ es el lugar donde se colocara la pesa que contrarestara el efecto de desbalanceo. 41

FUERZA QUE GENERA EL DESBALANCEO

La fuerza ( F ) generada por un desbalanceo es calculada mediante la siguiente formula: F (lbs) = 1.77 x W x R x (RPM/1000)2

♦

♦

Donde W = Peso del desbalanceo en Onzas R = Radio ( Pulgadas )

42

FUERZA DEL DESBALANCEO F (lbs) = 1.77 x W x R x (RPM/1000)2 ν

ν

30 Pulg.

W = Peso del desbalanceo en Onzas R = radio ( pulgadas ) 3 onzas

Para 3600 RPM F= 2,064 lb Para 7200 RPM F= 8,258 lb !

43

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO Sentido Giro

I = Amplitud Inicial 270 Ang Fase

R = Amplitud Resultante

E. P

I

180

A. F = Angulo de Fase

P.P/ P.C

E.P = Efecto Pesa

0

R

= Angulo de Movimiento Sentido Movimiento de la Pesa

P.P = Peso Prueba P.C. = Peso de Corrección 90

Sentido de Giro del rotor

44

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO

1) SENTIDO DE GIRO DE LA MAQUINA : Es el sentido de giro que tiene el equipo, luego de haber escogido una posición fija de observacion de la rotación; y la cual se debe trazar en el gráfico polar.

2) COLOCACION DEL SENSOR DE VIBRACION. Es la posición donde se pone el sensor de vibracion ( acelerómetro, Sísmico, o de proximidad ) en el apoyo de la maquina que se va a balancear, siempre debe ir a mano derecha desde donde se vea rotar la maquina, y en la direccion horizontal, márquelo en la misma posición en la hoja del circulo polar ( esto aplica para equipos digitales y con sensores de fase tipo ópticos ), cuando se emplee “ LAMPARA ESTROBOSCOPICA “ se puede instalar el sensor en cualquier dirección.

45

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO

Sentido de Giro

Sentido de Giro del rotor

Sensor

46

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO POSICION DE GRADOS Demarque en el circulo polar los grados de cero ( 0 ° ) hasta 360 °, haciendo cero grados en el sitio donde tiene puesto el sensor de vibracion, y marcándolos en sentido contrario al giro.

FASOR DE REFERENCIA ( SENSOR OPTICO, O PROXIMIDAD ) Mediante este elemento conseguimos la posición de RPM y angulo de fase simultáneamente, haciendo un filtrado a la frecuencia de 1X RPM, si se utiliza el sensor óptico se hace necesario poner en el eje un pedazo de cinta reflectiva, y el sensor se pone en un sitio fijo mediante la utilización de cuello flexible, enfrentando a la cinta reflectiva con el sensor, la distancia entre la cinta y la punta del sensor debe de ser mas o menos de una pulgada ( 1 ). Si se utiliza el sensor de proximidad, se debe enfrentarlo con la muesca, y puesto a una distancia de 1 mm ( un milímetro ).

47

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO

Posición de grados 270

Sentido de Giro del rotor

0

180

Sensor

90 48

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO Amplitud Inicial : I Es la cantidad de vibracion que se encuentraa en el equipo en el momento de realizar la toma de datos

Fase Inicial : F. I. Angulo de fase que demarca el equipo cuando se esta midiendo la amplitud inicial, este nos demarca el punto pesado y la ubicación dentro del circulo polar de la amplitud inicial.

Peso de Prueba : ( Pp ) Es la cantidad de peso con la cual se inicia el balanceo dinámico

49

ESPECTRUM

LTDA

Amplitud Inicial ( I ) Fase Inicial ( F. I )

I = Amplitud Inicial

Peso de Prueba ( P.p )

270

Fase = 12 horas, si se utiliza lampara estroboscopica

I

180

P.P

0

90 En este caso el ángulo de fase será la posición observada de la marca que se hizo en el rotor; al utilizar la lampara estroboscopica y haciendo un filtrado a la frecuencia de giro 50

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO Amplitud Resultante : R

Es la cantidad de vibracion que resulta luego de haber colocado una pesa de prueba y de haberle generado un nuevo arranque al equipo.

Fase Resultante : ( F. R ) Es el nuevo ángulo de fase encontrado para la amplitud resultante, nos demarca su posición para ser trazada en el circulo polar.

51

ESPECTRUM

LTDA

Amplitud Resultante ( R ) Fase Resultante ( F. R )

270

I = Amplitud Inicial Fase Inicial = 270 g.

I

180

R = Amplitud Resultante Fase Resultante = 340 g

P.P

0

R

P.P = Peso Prueba Sentido de Giro del rotor

90

52

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO EFECTO PESA : ( E. P ) Es la línea que resulta de unir la amplitud inicial trazada en el circulo polar, con la amplitud resultante, y parte desde la inicial hacia la resultante, nos suministra la siguiente información vital. •

Tamaño de la pesa : Busca que su longitud sea igual a la longitud de la amplitud inicial * Si es mayor le sobra peso * Si es menor le falta peso * Si es igual, el peso es el correcto para disminuir la vibracion por desbalanceo

•

Sentido : Que el sentido de trazado final sea contrario al sentido de la amplitud inicial

53

ESPECTRUM

LTDA

Efecto Pesa ( E. P ) I = Amplitud Inicial Fase Inicial = 270 g

270

R = Amplitud Resultante E. P

I

180

Fase Resultante = 340 g E.P = Efecto Pesa

P.P/ P.C

0 R

P.P = Peso Prueba Sentido de Giro del rotor

90

54

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO

ANGULO DE MOVIMIENTO Es la cantidad de grados que debe ser movida la pesa de corrección y esta comprendido por el ángulo que se forme entre el vector Inicial ( “ I “ ) y el efecto pesa “ E.P “ ).

55

ESPECTRUM

Angulo de Movimiento ( ά )

LTDA

I = Amplitud Inicial Fase Inicial = 270 g

270

R = Amplitud Resultante I

180

ά

E. P

Fase Resultante = 340 g E.P = Efecto Pesa

P.P/ P.C

0 R

P.P = Peso Prueba Sentido de Giro del rotor

90

ά

Angulo de Movimiento

56

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO SENTIDO DE MOVIMIENTO DE LA PESA El sentido de movimiento de la pesa nos demarcara la nueva posición donde se debe colocar la pesa de corrección, este sentido de movimiento estará en función de la instrumentación utilizada para efectos del balanceo y puede tener diferentes interpretaciones, según el elemento utilizado para la medición del ángulo de fase y la marca del mismo equipo, según el elemento utilizado para la medición del ángulo de fase y la marca del mismo equipo. Por lo tanto es de vital importancia antes de hacer un balanceo definitivo en el campo, tratar de identificar las convenciones que utiliza la instrumentación. En este manual explicaremos las dos convenciones mas utilizadas. 1)

Sensor Óptico y/o de Proximidad ( Keyphasor ).

2)

Lámpara Estroboscopica. 57

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO SENTIDO DE MOVIMIENTO DE LA PESA CON USO DE LA LAMPARA ESTROBOSCOPICA PARA MEDIR LA FASE. Es la nueva posición donde se debe colocar la pesa de corrección, su movimiento debe hacer de una de las siguientes maneras: • En el sentido donde se abre el ángulo de movimiento ( trate de abrirlo ) y en este mismo sentido mueva la pesa.

• En el sentido hacia donde se esta la Amplitud Inicial “ I “ , mirando desde la amplitud Resultante “ R “ , hacia la amplitud Inicial “I “, mueva la pesa en ese sentido. •Trate de montar la Amplitud Resultante “ R “ sobre la Amplitud Inicial “ I “ , y en ese sentido mueva la pesa. •En el sentido contrario hacia donde indica la flecha del efecto pesa “ E. P “, en ese sentido mueva la pesa, teniendo en cuenta que el efecto pesa parte de la cabeza de la amplitud inicial “ I “y termina en la cabeza de la amplitud resultante “ R “

58

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO SENTIDO DE MOVIMIENTO DE LA PESA CON USO DE LA SENSOR OPTICO, O DE PROXIMIDAD PARA MEDIR EL ANGULO DE FASE Es la nueva posición donde se debe colocar la pesa de corrección, su movimiento debe hacer de una de las siguientes maneras: • En el sentido donde se CIERRA el ángulo de movimiento ( trate de cerrarlo ) y en este mismo sentido mueva la pesa.

• En el sentido hacia donde se esta la Amplitud Resultante “ R “ , mirando desde la amplitud Inicial “ I “ , hacia la amplitud Resultante “R “, mueva la pesa en ese sentido. •Trate de montar la Amplitud Inicial “ I “ sobre la Amplitud Resultante “ R “ , y en ese sentido mueva la pesa. •En el sentido hacia donde indica la flecha del efecto pesa “ E. P “, en ese sentido mueva la pesa, teniendo en cuenta que el efecto pesa parte de la cabeza de la amplitud inicial “ I “y termina en la cabeza de la amplitud resultante “ R “

59

ESPECTRUM

LTDA

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN DENTRO DEL PROCESO DE BALANCEO

PESA DE CORRECCION: Es la cantidad de peso correcto que se necesita para la realización del balanceo, una vez conseguido este dato se hace necesario cambiar la Pesa de prueba ( P p ), por el nuevo peso deseado. La formula para calcularlo es la siguiente:

Peso de corrección

Amplitud Inicial ( centímetros ) X Peso de prueba ( gramos ) ----------------------------------------------------------------Efecto pesa ( centímetros )

60

ESPECTRUM

LTDA

MONTAJE PARA EL BALANCEO ESTATICO

61

ESPECTRUM

LTDA

MANIFESTACIÓN DEL DESBALANCEO EN UNA BOMBA VERTICAL

Normalmente en el motor en la parte superior se refleja la mayor amplitud a la frecuencia de 1X RPM, pero realmente la fuente se origina en el impulsor de la bomba. 62

ESPECTRUM

LTDA

EQUIPOS CON DESBALANCEO EN ORDEN ASCENDENTE SEGÚN UBICACIÓN SOBRE EL TANQUE DE ALIMENTACION

A

B

C

Entrada de agua

La bomba “ A “ con 54 mm/seg., Bomba “ B “ con 38 mm/seg., y la Bomba “ C “ con 26 mm/seg., frecuencia de predominio 1X RPM, equipo nuevo ( Primeras pruebas de arranque )

63

ESPECTRUM

LTDA

ASPECTOS QUE PUEDEN OCASIONAR FALSOS DESBALANCEO, EN UN MOTOR ELECTRICO

Luego de haber sido balanceado el motor, los niveles pasan de 54 mm/seg. a 1.37 mm/seg., sin embargo cuando se pone la tapa los valores se incrementan a 32 mm/seg., LA POSICION DE LA TAPA GENERA UNA DEFORMACION SOBRE LA CARCAZA, PARA LO CUAL SE DEBE HECER PRUEBAS PARA ESTABLECER SUAL ES SU MEJOR POSICION. 64

ESPECTRUM

LTDA

DINAMICA DE MAQUINAS. Si examinamos la respuesta del sistema de rotación como una función del aumento en la velocidad, se puede adicionalmente cuantificar los términos de la respuesta y rigidez operativa en términos de tres zonas distintas de operación del rotor como son: ( Figura No. 48 ) 1) Zona Rígida 2) Zona Resonante 3) Zona Flexible

E

A M P L I T U D

B

C D

A

ZONA RIGIDA ZONA FLEXIBLE ZONA RESONANTE FRECUENCIA CPM

65 Figura 48 : Curva Comportamiento Dinámico de las maquinas

ESPECTRUM

Comportamiento De rotor Rígido

LTDA

Zona Resonante Comportamiento Rotor Flexible

0 Punto Pesado 90

Punto Alto 180

Punto Alto Punto Pesado

8

Punto Alto

6 4

Punto Pesado Punto Alto

2

RPM

0 Punto Pesado y Punto Alto en fase

Punto Punto pesado de desfasa 180 grados Pesado Con respecto al punto Alto. Punto Pesado se Desfasa 90 grados Con respecto al punto Alto.

Figura No. 49 : Com portamiento de un rotor al paso por las tres zonas, m ediante la visualización A través de un diagram a BODE ( Fase vs. RPM, Am plitud Vs. RPM ).

66

ESPECTRUM

LTDA

Rotor Tipo Rígido : Es aquel que opera por debajo de su velocidad critica, al hacer el análisis dinámico se determina que la fuerza y la deflexión que sufre el rotor por acción del “ DESBALANCEO “ se encuentran en fase, y por lo tanto el angulo que marca la fase sera tomado como el punto “ PESADO, y para realizar el balanceo la pesa se correcion debera colocarse al lado contrario. Rotor Tipo Resonante : Se denomina así cuando la frecuencia natural del sistema entra a coincidir con la frecuencia de operación de la maquina, también puede recibir el nombre de “ VELOCIDAD CRITICA “ y es cuando la velocidad del eje en rotacion entra a coincidir con la velocidad que lleva el eje en ese momento, produciendose grandes deflexiones, las cuales deben ser contrarestadas con la dismincuion o el incremento de la velocidad Para este caso la deflexión se atrasa 90 grados con respecto a la fuerza. Rotor Tipo Flexible Es aquel rotor que opera en un 70% por encima de la “ VELOCIDAD CRITICA “ y dinamicamente hace que la deflexion se atrase 180 grados con respecto a la fuerza, esto signfica que estan opuestos, y se llaman flexibles debido a que se deformaran o flexionaran por accion de las fuerzas de desequilibrio, para este caso el angulo de fase que se demarca en el proceso del balanceo sera tomado como el “ PUNTO LIVIANO “( sitio donde se colocara el peso para balancear ), y el lado contrario sera el punto “PESADO

67

TIPOS DE EFECTOS DE DESBALANCEO 1)

ESTATICO : Se denomina de tipo estático, debido a que el ángulo de fase en cada uno de los planos es el mismo o muy cercanos, con una diferencia de ± 30 grados

Producido generalmente por desgaste radial superficial no uniforme en rotores en los cuales su largo es despreciable en comparación con su diámetro, su balanceo se puede hacer agregando peso en el centro del rotor del lado liviano, o haciendo una distribución de peso sobre cada uno de los dos planos en su “ lado liviano “ de manera proporcional con la amplitud de la vibracion, tambien se puede haccer retirando peso en el punto pesado 68

DESBALANCEO DE TIPO CRUZADO El desbalanceo de par de fuerzas también es conocido con el nombre de “ DESBALANCEO CRUZADO “ o de tipo “ CUPLA “, donde las amplitudes de la vibración pueden ser iguales o diferentes en los dos planos de medición, sin embargo tienen algo en particular, y es el hecho que tendrán una diferencia de ángulo de fase de 180 º grados entre los dos extremos de medición, para una misma dirección de medición. Como se trata de un problema de desbalanceo, la frecuencia de predominio será la de giro de la maquina ( 1X RPM ), para la corrección del problema se hace necesario colocar pesos en los dos planos, pero teniendo en cuenta que las pesas deben quedar una opuesta con respecto a la otra, con el objeto de eliminar el efecto de tipo cruzado.

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DESBALANCEO DE TIPO DINAMICO Este tipo de desbalanceo es quizás el que mas se presenta en la practica, y es ocasionado por una combinación del desbalanceo de tipo estático y de par de fuerzas, normalmente la posición del ángulo de fase entre los dos extremos del apoyo del rotor pueden generar una diferencia entre 45º , 90º , o 135º grados, lo que hace que el efecto que se consigue no sea ni de “ tipo estático “ ( al no existir la misma posición de fase entre los dos extremos ), como tampoco de tipo cruzado, debido a que la diferencia de fase obtenida entre los dos mismos extremos no es de 180º grados. Por lo tanto para corregirlo se puede hacer una distribución de fuerzas a lo largo de las dos líneas de acción de cada plano, para ello se construye un vector estático y un vector de efecto cruzado, luego se mide cual de los dos tiene un mayor tamaño, y se inicia el proceso de balanceo aplicando la técnica que se requiere según sea el predominio del “ Desbalanceo Estático “ o “ Cruzado “. Al igual que en los otros tipos, el desbalanceo dinámico debe también mostrar un cambio de fase de 90º grados entre la dirección horizontal y vertical de cada plano, y la frecuencia de predominio será la misma de giro del equipo ( 1X RPM ).

70

DESBALANCEO ROTORES CANTILIVER También conocido con el nombre de Rotor en Cantiliver, este tipo de desbalanceo causa una alta vibración a la frecuencia de 1XRPM en las direcciones axial y radial. Las lecturas axiales tienden a estar en fase mientras que las lecturas de fase radial ( horizontal y vertical ) pueden estar inestables. Sin embargo, las diferencias de fase horizontal usualmente cuadran con las diferencias de fase vertical en el rotor desbalanceado ( ± 30º ). El desbalanceo suscitado en los Rotores en Cantiliver también son el reflejo de un desbalanceo de tipo Estático, así como de un desbalanceo de Par de Fuerzas, donde cada uno de estos requiere ser corregido, sin embargo existe una técnica que nos puede llevar a hacer que el proceso de balanceo sea mas rápido y eficiente. 2 Plano 1

1

PLANO

2

71

DESBALANCEO ROTORES CANTILIVER Normalmente para balancear este tipo de efecto Cantiliver, se enumeran los planos como lejano ( plano 1 ) y cercano ( plano 2 ), y procede a balancear inicialmente en un solo plano ( el plano cercano = 2 ), colocando una sola pesa en el lado del rotor demarcado como No. 2, el otro costado ( plano 1 ) se deja sin peso, y se procede a balancear, hasta que el rotor llegue a unos limites permisibles, en ese momento y casi en un 85 % de los casos el plano considerado como lejano ( plano No,1 ) responde a la pesa colocada en el plano No, 2. Si por alguna razón los niveles en el plano cercano ( No. 2 ) entran dentro de rangos permisibles, pero para el plano No. 1 ( lejano ) aun continua con valores altos, se procede a balancear este plano ( No. 1 ) colocando pesos en el plano No. 1 del lado del rotor hasta balancear, pero lo que se haga en este punto, también debe hacerse en el plano No. 2, en sentido opuesto, es decir el peso que se coloque en el plano No. 1, se debe colocar en el plano No. 2, pero opuesto 180º grados. Los pesos que se adicionen para corregir el desbalanceo, son proporcionales a las amplitudes que se manifiesten en cada plano, pero teniendo el cuenta el tipo de efecto ( desbalanceo ) que predomina. 2 Plano 1

1

PLANO

2

72

TECNICAS PARA BALANCEAR Existen varias técnicas para balancear, ya sea dinámicamente , o estáticamente. • Dinamicamente : Se puede hacer en el lugar de trabajo, mediante la utilización de equipos portátiles de balanceo dinámico en campo, para esto se hace necesario llevar el equipo a su velocidad nominal de trabajo. También se puede realizar en un banco de pruebas ( maquina balanceadora ), para lo cual se monta el equipo y se hace girar a una determinada velocidad, pero inferior a las RPM de la maquina en campo, pero siguiendo las normas VDI de balanceo internacional, las cuales esta clasificadas en varios rangos, y conocidas como grado de desbalanceo residual permisible ( G ).

73

TECNICAS PARA BALANCEAR

• Estaticamente Este balanceo se realiza estando el rotor a balancear montado sobre la maquina, o en un banco, siempre y cuando se pueda girar libremente con la mano.

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METODO VECTORIAL PARA UN PLANO El método vectorial para un plano se utiliza con la ayuda del ángulo de fase, ya sea obtenido mediante la lámpara estroboscopica (marca de referencia); o bajo la utilización del fasor de referencia, su procedimiento es el siguiente: A)

Con el equipo de vibraciones tome el valor de la amplitud de la vibración a la frecuencia de giro (1X RPM) y el ángulo de fase, esta amplitud representa el vector inicial “I”

B)

Trace en un diagrama polar la amplitud del vector inicial “I”y en la dirección de la fase obtenida, utilice una escala de conversión.

C)

Sobre este circulo polar demarque el sentido de giro de la máquina observado desde un punto fijo.

D) Apague la máquina y coloque y una pesa de prueba “Pp” conocido previamente, puede ser en cualquier sitio, preferiblemente en el punto pesado ( Lugar demarcación de la fase inicial). E)

Nuevamente préndala máquina y sincronizada a la frecuencia de giro, registre el nuevo valor de la amplitud de la vibración y el ángulo de fase, la nueva amplitud corresponderá al vector que se denominara resultante “ R “

75

METODO VECTORIAL PARA UN PLANO F) Una el vector inicial “ I”con el vector resulante “R” esta union dará como resulado un nuevo vector llamado EFECTO PESA “ E.P”, el vector parte de “ I”y termina en “R”. G) Mida con una regla el tamaño del vector efecto pesa “E.P”, lo ideal será que tenga una longitud fisica en escala igual a la del vector inicial, si se es mayor en longitud; significa que el peso de prueba es muy grande y deberá ser disminuido, pero si es menor, entonces el peso de prueba deberá ser mayor. H) El ángulo de movimiento de la pesa de prueba estará definido por la cantidad de grados que existen entre el vector inicial “Ι“ y el efecto pesa “ E.P “ I) La cantidad de grados a mover la pesa de prueba “Pp” y su dirección de movimiento están sujetos al tipo de elemento utilizado para medir la fase, ( ésta parte fué explicada en el temario que corresponde a SENTIDO DE MOVIMIENTO DE LA PESA ). J) La cantidad de peso necesario está dado por la siguiente fórmula: Vector Inicial ( I ) x Peso de Prueba Peso de Corrección = --------------------------------------------Efecto Pesa 76

METODO VECTORIAL PARA UN PLANO

K ) Una vez colocado el nuevo peso y en la nueva posición, proceda a registrar el valor de la amplitud de la vibración y el ángulo de fase, ésta amplitud representará otro vector resultante “R1”. L)

Trace el nuevo vector resultante “R1” en el circulo polar y en la dirección del ángulo de fase.

M)

Luego una el vector inicial “I ” con el vector resultante “R1” y luego realice los mismos pasos desde el numeral “G” hasta el numeral “L”.

N) Si la amplitud de la vibración está dentro de límites permisibles significa que hemos concluido nuestra labor de balanceo dinámico, es posible que en la primera corrida luego de haber colocando un peso de prueba, se obtenga un nivel aceptable.

77

Ejemplo de balanceo en un plano Primera Corrida : Escala de trabajo = 1 mils = centímetro Amplitud inicial “I ” = 4 mils, Fase = 30 grados Peso de prueba “P” = 20 gramos a 210 grados Vector resultante “R” = 5 mils, Fase = 300 grados Efecto pesa “E.P” = 6,5 centímetros = 6,5 mils Angulo de movimiento “ ά “ = 58 grados ( I ) X ( P.p) 4 x 20 gr. Pesa de corrección = -------------------- = ----------------- = 12,3 gramos ( P. C ) “ E.P “ 6,5 Segunda Corrida : Vector resultante 1 “ R1 “ = 2 mils , Fase 1 : 180 grados Efecto pesa 1 “ E.P1 “ = 6 centímetros = 6 mils Angulo de movimiento 1 “ ά1 “ = 10 grados

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Sensor

Pesa de Prueba

79

COMENTARIOS SOBRE EL ANTERIOR EJEMPLO: 1) Si el balanceo se está realizando con lámpara estroboscopica los aspectos a comentar son las siguientes: • La demarcación de la posición de los grados no importa y puede estar en dirección opuesta a la rotación, o en la misma dirección. • La colocación del sensor podrá ser al lado derecho o izquierdo, pero deberá mantenerse fija durante todo el balanceo. • El movimiento de la pesa deberá ser en SENTIDO CONTRARIO A LA ROTACION. 2) Si el balanceo se está realizando con fasor de frecuencia ( Keyphasor ), los comentarios son los siguientes: * La demarcación de los grados esta bien, ya que el sentido de giro es horario y cuando se usa el fasor de referencia la demarcación de los grados es en sentido contrario a la rotación. * La posición del sensor es aceptable, siempre deberá estar a mano derecha. * La posición de cero grados ( 0 ) siempre será donde está situado el sensor. * El sentido de movimiento de la pesa de prueba, deberá ser en la MISMA DIRECCION DE ROTACION DE LA MAQUINA ( para este ejemplo ) * El ángulo de movimiento de la pesa de prueba “ Pp “ es de 58 grados, se deberá quitar de la posición 210 grados moverla 58 grados en sentido de giro, lo que al final da en una posición de 152 grados y con un nuevo peso de 12,3 gramos. Nota : Es importante retirar el primer peso, ya que el nuevo calculo dio un peso de 12,3 gramos en la posición de 152 grados.

80

METODO DE LAS CUATRO CORRIDAS ( SIN ANGULO DE FASE )

Este método también denominado sin fase, no requiere de la medición del ángulo de fase, pero si un mayor número de corridas. Su aplicación debe practicarse en rotores tipo discos, o de aspas y se utiliza para balancear dinámicamente en un solo plano. Es efectivo en equipos como ventiladores de las torres de enfriamiento. La amplitud de la vibración podrá ser registrada en dos maneras así: 1)

Si se dispone de un equipo con la capacidad de filtrar la vibración a la frecuencia de giro ( 1 X RPM ), éste será el dato a tomar en cuenta.

2)

Pero si por el contrario, un equipo no tiene la capacidad de filtrar a la frecuencia de giro, entonces la amplitud para registrar será la correspondiente a la vibración total.

81

METODO DE LAS CUATRO CORRIDAS ( SIN ANGULO DE FASE ) A)

Se toma la lectura de la amplitud de la vibración a la velocidad de rotación ( 1X RPM ), o en su defecto la vibración total, con este valor dibuje un círculo con radio ( r ). Si usa escala, mantenga registrada la misma relación.

B)

Seleccione y enumere tres posiciones equidistantes ( angularmente ) en el rotor, o aspas, cada una a 120 grados preferible. Marque estas posiciones sobre el círculo de radio ( r ) antes dibujado, asi habrá representado las tres marcas del rotor ( 1,2,3 ).

C)

Coloque una pesa de prueba en la posición 1 y mida la amplitud de la vibración, posteriormente con éste dato trace un circulo de radio ( r1 ) con centro en la posición 1. El valor ( r1 ) es igual a la amplitud tomada para la prueba con la pesa en la posición 1.

D)

Quite la pesa de prueba de la posición 1 y pásela a la posición 2, proceda a registrar la amplitud de la vibración, con éste valor obtenido trace un circulo de radio ( r2 ) haciendo centro en 2. Se debe conservar en todo momento la misma pesa .

82

METODO DE LAS CUATRO CORRIDAS ( SIN ANGULO DE FASE ) E) Retire la pesa de la posición 2 y pásela a la posición 3, registre nuevamente la amplitud de la vibración, con éste nuevo valor trace un nuevo circulo de radio ( r3 ) con centro en 3. F) Determine el punto donde se cruzan los tres círculos ( r1, r2, y r3 ) y trace una línea ( “R” ) desde el centro de ( r ) hasta el punto de corte de los tres circulos. Este vector nos indica la posición angular de la pesa de corrección y adicionalmente nos calibra la cantidad de peso en necesario para corregir el desbalanceo. En algunos textos ésta línea se representa por la letra ( T ), pero en nuestro manual estará representado por la letra “ E.p “ y corresponde al vector Efecto Pesa. G)

Por último quite la pesa de prueba “ P “ del punto 3, proceda a colocar el peso que realmente se necesita y en la dirección demarcada por el vector Efecto Pesa “ E.p “.

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Ejemplo Método Cuatro Corridas Amplitud inicial Primera corrida Segunda corrida Tercera corrida Peso de prueba

: 2,4 mils ( r ) : 4,4 mils ( r1 ) amplitud con pesa de prueba en 1 : 1,2 mils ( r2 ) amplitud con pesa de prueba en 2 : 5,0 mils ( r3 ) amplitud con pesa de prueba en 3 : 20 gramos

Escala utilizada : 1 mils = 1 centímetro Vector Efecto Pesa “ E.p “ : 3 centímetros = 3 mils. ( Amplitud Inicial ) X ( Peso Prueba ) Peso de corrección = -----------------------------------------------( P.c ) Efecto Pesa 20 gramos X 2,4 Peso de corrección = ---------------------------= 16 gramos ( P. c ) 3 Este resultado indica que para corregir el desbalanceo es necesario colocar una pesa de 16 gramos y en una posición de 100 grados a partir de la ubicación del sensor. La señalización de los grados será a nuestra conveniencia, pero es recomendable tomar cero grados ( 0 ) en la posición donde está el sensor, no importa el sentido de la demarcación de la rotación.

84

Ejemplo Método Cuatro Corridas

r3

2 3

r2

Ep

r 1 r1

85

METODO PARA REALIZAR EL BALANCEO DE UN EFECTO TIPO DINAMICO PARA UN ROTOR CON APOYO EN CADA EXTREMO

En este tipo de desbalanceo, el eje inercial principal se encuentra en el espacio, pero no corta ni cruza por el eje geométrico de rotación. Por su característica de presentación, se generan dos tipos de efectos como son el “ Desbalanceo Estático “ y el “ Desbalanceo de Par de Fuerzas ( Cupla ), es decir existirá un vector estático y un par de vectores de componentes dinámicos. La solución a éste tipo de desbalanceo es la siguiente: 1)

Trace los vectores iniciales “I” que corresponden a las amplitudes de los planos 1 y 2, en sus respectivos ángulos de fase.

2)

Una los dos vectores iniciales “I ” y dará como resultado un vector llamado dinámico, el cual será dividido por la mitad y donde uno corresponderá al plano 1 y el otro al plano 2.

3)

Desde el centro del circulo polar, trace una línea al centro del vector que resultó de unir los vectores iniciales “I” ésta línea nos representara el vector de tipo Estatico.

4)

Esta graficación nos permite observar una descomposición del efecto tipo dinámico en dos nuevos tipo de desbalanceo ( estático y de par de fuerzas o cuplas ).

5)

Realice una medición del vector estático con una regla, así como de la mitad del vector 86 dinámico, el que tenga mayor dimensión será el efecto que predomine.

6)

Trace el vector de mayor efecto ( estático o de cuplas ) a un nuevo diagrama polar, su dirección será la correspondiente a la fase que se generó en la graficación de descomposición. Este vector será tomado como inicial “I” para realizar las pruebas de balanceo.

7)

Si el mayor efecto es el estático, entonces proceda a balancear como se explico en la parte correspondiente a EFECTOS DE TIPO ESTATICO, es decir colocando pesas en ambas caras de los dos planos y sobre la misma dirección ( fases iguales ), o en la mitad del rotor. La amplitud resultante de haber colocado un peso para coregir el desbalanceo tipo estático, será tomada como el VECTOR RESULTANTE “R” y deberá ser trabajado como se explico en el procedimiento de balanceo para un plano, teniendo en cuenta que el EFECTO PESA “E.P” se generará de la unión del vector ESTATICO RESULTANTE Y LLAMADO INICIAL “ I ” y el nuevo VECTOR RESULTANTE “R”.

8)

Proceda a seguir balanceando hasta obtener una disminución de las amplitudes y conseguir que las fases de los dos ( 2 ) planos se cierren, hasta quedar con fases iguales en ambos planos o muy similares, lo cual lo llevaría al final a obtener un desbalanceo de tipo “Estatico “

87

9)

Si el mayor efecto, resultó ser el de par de fuerzas ( cuplas ), trace la mitad de la descomposición de cualquiera de los dos, a un nuevo diagrama polar, su dirección será paralela a la línea de descomposición, pero que corte con el centro del diagrama polar. Una de las dos mitades de ésta descomposición puede ser utilizada como vector inicial “l” del efecto de par de fuerzas, ya que ambas miden iguales, pero en lo ideal tome la que corresponde al plano que mayor vibración tiene. Para solucionar el problema de desbalanceo, proceda a balancear dinámicamente como se explica en la parte correspondiente a EFECTOS DE PAR DE FUERZAS o CUPLAS, es decir colocando un par de pesas opuestas en los planos, esto significa que la pesa que se agregué al plano 1, deberá ser opuesta a la pesa del plano 2. El resultado de haber colocado un PAR DE PESAS, nos generará unas nuevas amplitudes para los planos 1 y 2, pero serán las correspondientes a los vectores resultantes “ R “, solo será necesario trabajar con un plano de referencia y deberá ser el escogido en la descomposición y que dio como origen al vector inicial “I ”. Proceda entonces a unir el vector inicial “I” con el vector resultante “R” y obtendremos el efecto de pesa “E.P”, ésto nos indica que se UTILIZA EL MISMO PROCEDIMIENTO PARA UN PLANO , pero teniendo en cuenta que se trabaja con un par de pesas, prosiga con éste método hasta obtener un cierre de las fases de los planos 1 y 2 , es decir que hasta conseguir que los vectores resultantes tengan iguales fases o estén muy cerca. 88

Para mayor comprensión veamos el siguiente ejemplo : Escala de trabajo : 1 mils = 1 centímetro * Amplitud inicial “I1” plano 1 : 4 mils , fase 30 grados * Amplitud inicial “I2” plano 2 : 5 mils , fase 290 grados * Descomposición vector estático “S” : 3 cent. = 3 mils * Descomposición vector par de fuerzas “C1” : 3,5 ( Plano 1 ) * Descomposición vector par de fuerzas “C2” : 3,5 ( Plano 2 )

I1

s

C1

Sensor Vibración

I2

C2

89

Balanceo en Maquina

90

TOLERANCIA PARA EL BALANCEO DINAMICO Cuando se esta realizado un balanceo dinámico se recomienda disminuir la vibracion hasta niveles aceptables, ¿ pero en que consiste un nivel aceptable de desbalanceo ? Para el caso de rotores equilibrados en el mismo sitio de trabajo, la aceptación es determinada por el nivel de vibracion del eje, cojinetes o chumaceras.

Estos valores pueden ser establecidos por el fabricante, o por el usuario a base de su experiencia, pero también pueden usarse las tablas guías de severidad de la vibracion y que se encuentran al final de este manual. Los rotores equilibrados en maquinas balanceadoras requieren de un grado de desbalanceo residual aceptable, expresado en unidades de onzas-pulgada, gramos- mm, o gramo- centímetro. Una norma que se aplica para establecer TOLERANCIAS DE DESBALANCEO es la “ Guia de Tolerancia para Rotores Rigidos “, y se trata de una norma desarrollada por la sociedad de Ingenieros Alemanes ( VDI ) que tiene en cuenta tanto la velocidad rotativa como el tipo de pieza que se balancea. Se notara que el grafico de clasificación de los grados de desbalanceo, indica seis ( 6 ) bandas de tolerancias, correspondiendo cada una de ellas a una clasificación especifica de los diferentes tipos de rotores. Para poder usar la guía de tolerancias de desbalanceo, lo primero que se hace es determinar a que clasificación pertenece el rotor según los ejemplos que da la tabla. 91

Tomemos como ejemplo un rotor de una turbina a vapor que pesa 5.000 libras, según la norma se clasificara bajo un grado “ G 2.5 “ Luego refiriéndose a la banda de tolerancia “ G 2.5 “ del cuadro de la tabla No. 1, localice los valores superiores e infoeriores de la tolerancia de desbalanceo, estos se expresan en las siguientes unidades.

G D.R.P

=

Tolerancia ( onzas x Pulg ) X ( Peso rotor ) ( libras ) -------------------------------------------------------------------Libras x 1000

El valor de RPM sobre el que se escoja la tolerancia debe ser de la velocidad normal máxima de trabajo del rotor en su instalación final. Para nuestro ejemplo, las RPM máximas de trabajo son de 1.800 RPM, por lo cual los limites superior e inferior respectivo son de 8 y 3.5. Al utilizar esta Tabla No.1, se sugiere emplear los valores correspondientes al limite superior, si se va a instalar el rotor en una estructura rígida y maciza, en cambio se utilizan los valores inferiores si se trata de una estructura flexible o de peso liviano.

G D.R.P

=

8 ( onzas x Pulg ) X ( 5000 ) ( libras ) ----------------------------------------------------- = 40 onzas- pulgada Libras x 1000 92

El valor de tolerancia que aquí se obtiene, representa la tolerancia total de desbalanceo, si el rotor se equilibra en mas de un plano, dicho valor total tiene que ser dividido por el numero de planos de corrección, para poder determinar la tolerancia de desbalanceo de cada plano. Si el rotor presenta un problema de desbalanceo en un plano, se aplica la tolerancia total al único plano de balanceo Existen unos conceptos para determinar si el balanceo que hemos realizado cumple con la norma de Grado de Desbalanceo Residual Permisible ( G.D.R.P ) y estos son : 1)

Compensación = Peso agregado ( onzas ) X distancia de colocación de la pesa ( pulgadas )

Compensación ( onzas- pulgada ) 2)

Sensibilidad = -------------------------------------------( Amplitud inicial – Amplitud final ) mils

3) Grado Desbalanceo Residual Obtenido = ( Sensibilidad ) X ( amplitud final ) mils G. D. R. O. =

Onzas - Pulgada 93

Estos cálculos al final nos dirán si el grado de desbalanceo residual obtenido ( G.D. R. O ) esta dentro de los valores que fueron calculados en la aplicación de la norma G.D.R.P ( grado de desbalanceo residual permisible ), conseguidos a través de la tabla y aplicación de la formula En esta aplicación podemos encontrar los siguientes aspectos :

1)

El grado de desbalanceo residual obtenido ( G.D.R.O) es MENOR que el grado de desbalanceo residual permisible ( G.D.R.P ), se puede decir que el valor de la amplitud final de desbalanceo esta dentro de los límites aceptables.

2)

Si el grado de desbalanceo residual obtenido ( G.D.R.O ), es mayor que el grado de desbalanceo residual permisible ( G.D.R.P ), se puede decir que la amplitud final de la vibracion al terminar el balanceo no esta dentro de la norma, por tal razón se deberá seguir balanceando hasta conseguir niveles menores de vibracion, y los cuales deben estar por debajo del limite superior de Grado de Desbalanceo Residual Permisible

94

Clasificación de los rotores “ G “ Grado de desbalanceo residual G 630

Cigüeñal de motores de dos tiempos montados en cojinetes rígidos.

G 250

Cigüeñal de motores grandes de cuatro tiempos, montados en cojinetes rígidos y cigüeñales de motores diesel marinos en cojinetes elásticos.

G 100

Cigüeñales de motores rápidos diesel de cuatro cilindros, montados en cojinetes rígidos.

G 40

Llantas y ruedas de automóviles. Cigüeñales en cojinetes rígidos de motores rápidos de 6 cilindros. Motores de locomotoras, turismos y camiones.

G 16

Ejes articulados, transmisiones. Cigüeñales de motores de cuatro tiempos, en cojinetes rígidos, de 6 ó mas cilindros y cigüeñales de locomotoras, turismos y camiones.

G 6.3

Ejes articulados especiales, rotores de motores eléctricos, piezas rotatorias de máquinas herramientas, tambores centrífugos, ventiladores, volantes. Piezas sueltas de cigüeñales de motores de locomotoras, turismo y camión. Cigüeñales de motores especiales de 6 ó mas cilindros.

G 2.5

Turbogeneradores, rotores de motores pequeños, motores eléctricos especiales, turbinas de vapor y gas, ventiladores, ejes de máquinas herramientas. Piezas sueltas de cigüeñales especiales.

G1

Accionamientos de rectificadoras, rotores de motores pequeños especiales, turbopropulsores, Accionamientos de magnetófonos y vídeos.

precisión G 0,4 alta precisión

Rotores para rectificadoras de alta precisión, ejes de discos y rodetes.

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Tabla No.1 Tolerancia Grado de Desbalanceo Residual Permisible “ G“ 1) Seleccione las RPM de trabajo del equipo a Balancear. 2) Busque la norma de “ G “ a la que pertenece el tipo de maquina a balancear 3) Parado en la línea de las RPM de giro, prolongue la línea en dirección vertical hasta que corte con el limite superior del “ G “ seleccionado.

4) En el punto de corte, desplace la línea en la dirección horizontal hasta llevar al valor de la “ Tolerancia “ la cual esta expresada en Onzas x pulgada / libras

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Formula para calcular el peso aproximado Una pesa de ensayo podrá ser utilizada durante el balanceo dinámico y su peso aproximado esta en función de un 10 % del peso que soportara cada cojinete, es decir repartiendo el total del peso en dos cojinetes ( esto en el caso de tener dos apoyos )

Peso del rotor = 2000 Libras

Peso en cada Apoyo = 1000 libras

1,77 X ( RPM )2 X ( Onza – Pulgada ) Fuerza ( libras ) 10% = --------------------------------------------------------( 1000 )2 Para nuestro ejemplo el valor de la pesa de ensayo será : 1,77 X ( 3.600 )2 X ( Onza – Pulgada ) 100 ( libras ) = ---------------------------------------------------------- = 4,36 Onzas-pulgada ( 1000 )2 En el ejemplo anterior una pesa de ensayo conveniente sera de 4, 36 onzas- pulgada, si se fuera a colocar la pesa a un radio de 6 pulgadas, entonces el peso necesario seria el siguiente 4,36 onzas – pulgada / 6 pulgas = 0,73 onzas 97

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ESPECTRUM

LTDA

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