BALANCEO DINÁMICO PREGUNTAS Y RESPUESTAS.

Preguntas y respuestas frecuentes relativas al BALANCEO DINAMICO.

Q.- Para ejecutar la operación de balanceo dinámico ¿necesitamos montar la pieza en la máquina de la misma forma en la que ira a funcionar?

A.- Si, las piezas deben montarse en la balanceadora en la misma forma en la que irán a trabajar
                                                                                    

Q.- Para ejecutar la operación de balanceo dinámico ¿necesitamos girar la pieza a la misma velocidad a la que ira a operar en servicio?

A.- Con excepción de las balanceadoras de CHRAs armados (tubrocargadores), las piezas montadas en la máquina de balanceo giran por lo general a velocidades muchísimo más bajas que la velocidades a las que realmente operan. Las modernas balanceadoras Hard Bearing operan a velocidades todavía más pequeñas

Las correcciones de balanceo introducidas son válidas para la mayoría de las velocidades de  servicio requeridas por los rotores rígidos. La norma ISO 1940 da el desbalanceo residual permitido para distintos tipos de rotores.

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Q:- ¿Que son los rotores rígidos?

A.- Los rotores cuyos ejes no flejan con la velocidad, o aquellos que no operan a la frecuencia de resonancia.se llaman rotores rígidos,

Q.- que son los rotores flexibles?

A.-Los rotores flexibles son aquellos que operan cerca de la velocidad de resonancia. Esto origina una pequeña deformación del eje de giro. Los rotores rígidos necesitan ser balanceados a velocidades muy altas o cerca de la velocidad de servicio. Muchas veces, se requiere un balanceo in situ para alcanzar los resultados deseados.

Q. - ¿Que son las máquinas de balanceo dinámico llamadas “soft bearing” y “hard bearing”?

A.- Hace unas décadas, cuando se introdujeron las máquinas de balancear, el armazón sobre el cual se apoyaban los rodamientos necesitaba ser flotante (o flexible) para medir los niveles de vibración debido al desbalanceo. Con el avance de la tecnología y la introducción de los transductores de cuarzo para medir las fuerzas, ya no se necesita que el armazón oscile para medir la vibración.
Las maquinas que todavía tienen armazones oscilantes y sensores (pickups) dinámicos para medir la vibración fueron clasificadas como máquinas de balanceo dinámico tipo “SOFT BEARING”.
Las maquinas que tienen armazones rígidos (no se mueven) usan sensores piezoectricos que miden la fuerza de desbalanceo en lugar de desplazamiento, estas son clasificadas como máquinas de balanceo dinámico tipo “HARD BEARING”.
En las máquinas de balanceo dinámico tipo "hard bearings", la fuerza de desbalanceo es medida por un cristal piezoeléctrico. Un microprocesador usa un algoritmo matemático para presentar los resultados. La ventaja de esta tecnología es que las calibraciones son válidas para un amplio rango de velocidades y pesos de las piezas, a más de una mayor confiabilidad de las lecturas que son presentadas en un monitor.

Q.- Porque la medición de la velocidad de balanceo de la pieza es muy importante en una máquina de balanceo?

A.- La máquina de balancear es una maquina industrial. Y generalmente se encuentra en un ambiente de fábrica en la línea de producción. Existen muchos tipos de contaminación industrial, como eléctrica, mecánica, magnética, además una máquina de balanceo tiene elementos motrices como: motores, poleas, correas las cuales también rotan junto con la pieza la misma que está montada sobre rodamientos, y los rodamientos también giran junto con la pieza. Los transductores recogerán las señales desde los elementos rotatorios. La electrónica de la máquina de balanceo necesita una señal de referencia para extraer la señal de desbalanceo de la pieza que está siendo balanceada, así pues es la señal de velocidad la que provee la referencia para la identificación de la señal correspondiente al desbalanceo.

En algunas máquinas antiguas con luz estroboscópica, puede observarse que la localización del desbalanceo tiene lugar en un pequeño arco sin que se fije exactamente en una sola posición. En las maquinas modernas con lazo de anclaje (phase lock loop) este arco se reduce a niveles insignificantes.

Q.- ¿Porque se necesitan máquinas de varias velocidades?

A.- Las maquinas multi-velocidades son normalmente grandes máquinas que hacen muchas tareas. En caso de componentes que se producen masivamente con niveles predecibles de desbalanceo, se usan maquinas sencillas calibradas para esos componentes y por lo tanto realizan su tarea de forma rápida y confiable.
Pero con componentes pesados, el nivel inicial de desbalanceo se desconoce, por  lo que puede ser peligroso girarlo a la velocidad requerida de balanceo. Por lo que en estos casos se  giran a velocidades menores donde se hace un balancéo inicial. Luego se hace el balanceo final a velocidades más altas hasta alcanzar el nivel de precisión requerido.

Q.- ¿Se necesita colocar una máquina de balanceo dinámico sobre una base fundida?

A.- Una máquina de balanceo es un equipo industrial usado para medir la vibración y computar el desbalanceo residual. Las modernas maquinas Hard Bearing son medidoras de fuerza. Así que es esencial que la maquina no vibre a se sacuda para una correcta medición del desbalanceo total y el ángulo de fase.
Para resultados más precisos, es mejor montar la maquina balanceadora en una base firme y aislada del piso de esta forma no se transmitirán vibraciones indeseables que dificultan el trabajo de balanceo.

Q.- Que es la relación de reducción del desbalanceo.

A.- Pongamos el ejemplo siguiente. En una primera prueba la maquina muestra 50 g en una posición dada, cuando se añade un peso de 50g en esa localización y se toma una nueva lectura, la maquina indica un valor de 5, en este caso se dice que la maquina tiene una relación de reducción de desbalanceo de aproximadamente 90%.

Q.- Que es la separación de planos, el efecto, cruzado, y la influencia?

A.- En las máquinas de balanceo dinámico en los dos planos, los resultados se indican en los dos planos de corrección. Cuando una corrección es hecha en un plano, el efecto de la compensación del desbalanceo en el segundo planos es conocido como separación del plano, efecto cruzado o influencia.
Normalmente, la separación del plano será bien debajo del 3%. En las máquinas de balanceo dinámico tipo hard bearing computarizadas, la separación de planos es lograda con un algoritmo matemático. De modo que los usuarios  consiguen mejores resultados que en las maquinas tipo soft bearing. En donde las señales del desbalanceo son mezcladas electrónicamente y moduladas para mostrar los resultados.

Q.- Velocidades diferentes de balanceo indican valores diferentes del mismo?

A.- El desbalanceo es un vector y una cantidad física relacionada a la geometría del componente que está siendo balanceado. Este permanece constante a todas las velocidades mientras el componente no se deforme y permanezca rígido. En una maquinas tipo hard bearing de buena calidad el valor del desbalanceo y el ángulo permanecerán constantes dentro de los límites permitidos cuando la mediciones se efectúan a diferentes velocidades. Desde que la electrónica opera a bajos voltajes (digamos +/- 5%), las maquias antiguas tienen switches y marcas para tomar en cuenta de las variaciones en los resultados. Una variación de +/- 5% de los valores indicados en diferentes rangos de velocidad es aceptable, y la maquina puede ser clasificada como una maquina muy buena.

Q.- Hemos añadido una cantidad de desbalanceo indicada por la máquina. Y todavía la maquina muestra un sustancial desbalanceo y también el ángulo ha variado.

A.- el desbalanceo es un vector, para compensarlo se necesita su valor y la ubicación exacta. En este caso, Ud. ha compensado la cantidad correcta. Pero a un ángulo diferente, así que Ud. tendrá una resultante de desbalanceo residual y su localización.

ROJO: desbalanceo inicial

AZUL: compensación del desbalancéo

VERDE: desbalancéo residual

 Las tres figuras de arriba indican el mismo valor de desbalanceo y los valores de compensación, el desbalanceo residual está indicado. Así que, en esencia, tanto el total de desbalanceo como su localización determinan el efecto del balanceo.

Q.- hemos balanceado el componente dentro de la tolerancia. Pero todavía en funcionamiento, nuestros niveles de vibración no son satisfactorios.

A.- el balanceo dinámico es una operación para dejar el centro de gravedad de la masa rotatoria en línea con el eje de rotación para reducir la fuerza centrífuga y el par resultante que es la causa principal de la vibración. En el caso, de que ud haya usado un adaptador con una tolerancia en el  diámetro de 20 micrones (0.020 mm) y balancea el ensamblaje al grado G6.3, en efecto su ensamblaje cuando se vuelve a armar puede tener una calidad de balanceo de G15 o G20 grados. Por lo tanto no ha alcanzado el grado de desbalanceo del conjunto, que aparentemente se logró en la máquina.
De modo similar, la calidad de los cojinetes también tiene que ver. Tanto los cojinetes de la máquina de balanceo como de la herramienta son importantes para tener buenos resultados.

Q.- Como determinar el desbalanceo residual permitido o la tolerancia de balanceo para un componente dado?

A.- el desbalanceo residual permitido, es el requerimiento basado en el criterio de diseño y aplicación de un componente especifico. El diseñador del componente o el usuario final del mismo es el mejor juez. En ausencia de tal información, el usuario puede referirse a la norma ISO 2953. Los usuarios también pueden usar el software utilitario suministrado con la máquina  para computar el desbalanceo residual.

Q.- ¿Cuál es el mejor método para llevar a cabo la compensación del desbalanceo?

A.- El desbalanceo es compensado primero en el diseño, luego sea por adición  o por remoción de peso. El requerimiento de diseño del componente es la mejor guía para llevar a cabo la compensación. El peso puede ser removido por taladrado, esmerilado, etc. Si el total de la compensación del desbalanceo es menos y hay una previsión de diseño. En el caso de severo desbalance, el peso de compensación de solado o empernado a la pieza, porque la remoción de mucho material puede debilitar el componente y volverlo inútil. También desde el punto de vista de la seguridad, no es recomendable remover mucho material.

Q.- ¿En cuántos sitios, necesitamos hacer la compensación?

A.- El balanceo dinámico para llamarse tal, necesita al menos dos planos y dos sitios para un balanceo apropiado. En muchas situaciones, la compensación no será suficiente en los dos planos. Así, el peso de compensación se coloca en los sitios a lo largo del mismo plano o en más planos en puntos fijos como en los ejes cigüeñales. Los usuarios son aconsejados a referirse a los planos de la pieza o al usuario final para más detalles. En componentes como ventiladores, que tienen rotores segmentados, la compensación del desbalance será descompuesta en vectores donde se pueda colocar el metal para efectuar la operación de compensación.

Q.- ¿Puedo alcanzar un grado de cero desbalanceo?

A.- El termino cero desbalanceo no es aplicable en la operaciones de balanceo. Ud. siempre balancea debajo de alguna tolerancia digamos 20 milímetro gramo. Es decir el balanceo residual puede estar entre 0-20 mg. Se dice que la pieza esta con la tolerancia. El ángulo de la máquina de balanceo indica la localización del desbalanceo residual final. Cualquier desbalanceo residual dentro del ángulo indicado por la maquina es dejado sin compensación. De modo cualquier valor de ángulo digamos 5° o 257° tiene el mismo efecto.

Q.- Consigo un bajo desbalanceo total pero un ángulo amplio. ¿Porque?

A.- El trabajo está bien hecho. Refiérase a la pregunta anterior de porque ud no puede conseguir un bajo valor del ángulo.

Q.- ¿Que es un rotor de pruevas ISO?

A.- Una máquina de balanceo dinámico necesita ser chequeada y calibrada periódicamente para saber la exactitud de la indicación. Un rotor ISO es un rotor rectificado y preparado adecuadamente para añadir y remover pesos en localizaciones conocidas. Así las indicaciones de la maquina son chequeadas con pesos conocidos. Refiérase a la norma ISO2953 para los procedimientos de chequeo.

Q.- ¿Cómo decidimos balancear en un solo plano, dos planos, y multi-planos?

A.- En los requerimientos de balanceo dinámico la pieza o el usuario deciden el número de planos de balanceo. En ausencia de tal información referirse a las normas respectivas. Normalmente cuando la longitud es mayor que el diámetro debe decidirse por dos planos de balanceo. Para componentes en forma de discos como volantes pequeños, rotores de bombas, embragues podemos elegir por un solo plano de balanceo. En componentes como bombas de etapas múltiples, turbinas, cigüeñales se deberá decidir por balanceo en varios planos. La principal razón para el balanceo en multi-planos es solamente por facilidad de colocar los pesos.

Q. ¿Cómo decidir el tamaño de una maquina?

A.- El tamaño de la maquina debe ser el óptimo para el rango de tareas que quiera manejar. En el caso de componentes producidos en masa es aconsejable optar por una maquina equipada con equipo de corrección incorporado. En el caso de que desee manejar un rango de componentes opte por una máquina que abarque el máximo rango de componentes que quiera balancear. Una maquina en la que el rango entre el peso menor al peso mayor ses de 1-50 es una buena solución. Esta puede manejar 1 – 50 Kg o 100 Kg a 5000 Kg etc. Tal maquina hará tareas que caen en los rangos medios en G 5.5 grados y rango 50 y grado G1 y rango 1 en grado G6.3 o G10. Una maquina no puede balancear el rango completo de pesos en un  completo rango de velocidades al nivel óptimo de calidad del grado de  balanceo.
Cualquier otro rango más alto, digamos 1-100 es un compromiso y no vale la pena el tiempo de hombre y máquina.

Similarmente la potencia de la maquina lo decide, la inercia de los rotores como en el caso de rotores de motores, la potencia consumida mientras se balancea como en el caso de los ventiladores. Recuerde que en caso de que Ud. quiera doblar la velocidad de balanceo de un ventilador necesita triplicar la potencia.
También necesita conocer el tamaño del espacio físico donde ira la máquina y que permita operarla cómodamente y con seguridad.

Q.- ¿Cuál es el criterio para la selección de la transmisión por acople, por correa, autopropulsada (selfdriven), y cuando se elige una máquinas de balanceo vertical?

A.- En los requerimientos de balanceo dinámico, la precisión del componente y la facilidad del balanceo deciden la solución tecnológicamente más económica en la selección de la máquina de balanceo y la transmisión. Los componentes en forma de discos producidos en masa, y de tamaño pequeño son invariablemente balanceados en una maquina vertical que tiene también incorporados las herramientas para la corrección.
Las tareas de alta precisión que requieren niveles altos de balanceo como turbinas de turbocargadores, son balanceados en máquinas que disponen de bandas para girar la pieza. Los componentes como ventiladores y rotores pesados que necesitan una considerable potencia para acelerarse y desacelerarse son conducidos por juntas universales (universal shafts) en la máquina de balanceo. Los componentes de alta velocidad como turbocargadores armados de automóviles en donde el error inducido por los elementos de transmisión no son aceptables son balanceados usando medios que simulan el comportamiento real como compresores de aire que soplan las turbinas.
La ventaja de los arreglos con banda sobre las máquinas de eje universal es el ahorro de tiempo para montar los adaptadores en las piezas evitándose además los errores introducidos por los adaptadores en el desbalanceo residual.

Q.- ¿Cuáles son las unidades de desbalanceo?

A.- Las unidades de desbalanceo son el producto del peso por el radio. Por ejemplo

X gramos de desbalanceo localizado a Y milímetros del radio se define como XY mmg de desbalanceo. Basados en la práctica las unidades pueden ser en

Metros gramos
Onzas pulgada
Gramos pulgada
Milímetros gramo
Milímetros miligramo
Unidades que pueden ser mutuamente convertibles.

Q.- Hemos balanceado un ventilados en la máquina de balanceo pero  cuando chequeamos en un aparato de balanceo estático vemos un sitio pesado en el ventilador, cual es la explicación?

A.- En la figura de arriba, una máquina de balanceo dinámico mide y compensa el resultado de las tres fuerzas de desbalanceo a saber el componente estático “S”, y el par “+C” y “-C”. Los valores pueden ser grabados usando el programa de medición en dos planos y mediciones seccionales del par estático.

Cuando usa una maquina dinámica Ud. compensa todo desbalanceo es decir S, +C, -C. pero cuando chequea en un aparato de balanceo estático el par no es compensado (porque ya lo está), así pues solamente S es compensada. En este ejemplo, al poner una pieza balanceada en una máquina de balanceo estático esta mostrara el sitio pesado en la parte más baja de la pieza (la pieza se quedara siempre en un solo sitio).

En condiciones reales de funcionamiento cuando el efecto combinado de las tres fuerzas esté actuando los ventiladores balanceados en una máquina de balanceo dinámico correrán más suavemente.

El desbalanceo estático y dinámico estan definidos por la norma ISO 1925.

Autor: Ing. Galo Mayorga P.

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