Para la persona promedio, el equilibrado de rotores suele ser un «arte oscuro». El conocimiento que la mayoría de la gente tiene sobre el equilibrado se limita a las ruedas y los neumáticos de los automóviles, que deben equilibrarse antes de montarlos en los vehículos; de lo contrario, se producirán vibraciones en el volante, un desgaste desigual de los neumáticos, etc. Le ayudaremos a comprender el mundo del equilibrado y a eliminar el «arte oscuro».

UN ROTOR DESEQUILIBRADO

El desequilibrio existe en un rotor cuando el eje del centro de masa es diferente al eje del centro de funcionamiento. Prácticamente todas las piezas recién mecanizadas son asimétricas debido a los poros en las piezas fundidas, el número y la posición desiguales de los orificios para tornillos, las piezas montadas descentradas, los diámetros mecanizados excéntricos con respecto a las ubicaciones de los cojinetes, etc.

Un rotor desequilibrado, al girar, tiende a girar alrededor de su eje central de masa. Dado que los cojinetes restringen este movimiento, la fuerza centrífuga, debida al desequilibrio, hace que el rotor vibre. Esta vibración provoca el desgaste de los cojinetes, genera ruido innecesario y, en casos extremos, puede provocar la desintegración del propio rotor. Por lo tanto, es necesario reducir el desequilibrio hasta un límite aceptable.

LÍMITES DE EQUILIBRIO

Existen límites de equilibrio, al igual que los límites de mecanizado, en los que el desequilibrio es aceptable. Se citan normas internacionales y nacionales para rotores, por ejemplo: las ruedas de los automóviles se equilibran hasta un límite de grado 40 y las pequeñas armaduras eléctricas se equilibran hasta un grado 2,5. Los grados se convierten en unidades de desequilibrio, dependiendo de la velocidad de rotación del rotor, según las normas ISO 1940.

UNIDADES DE DESEQUILIBRIO

Las unidades de desequilibrio son masa por radio, por ejemplo: un peso añadido a una determinada posición en la pieza que se está equilibrando desplazaría el eje de masa hacia el eje de funcionamiento y, por lo tanto, estaría en equilibrio. El peso de la corrección multiplicado por el radio aplicado dará una unidad de desequilibrio. Para la medición métrica, las unidades serán gramos-milímetros (gmm) o, para rotores grandes, gramos-centímetros. El equivalente imperial será gramos-pulgadas u onzas-pulgadas. Este peso (masa) se aplicaría en un radio desde el centro de funcionamiento en la posición ligera.

TIPOS DE ROTORES

Los rotores se dividen en dos grupos. Uno es aquel en el que el rotor es rígido y no se desvía hasta alcanzar la velocidad de funcionamiento, incluida esta.

El otro grupo comprende rotores flexibles que se «arquean» hasta alcanzar la velocidad de funcionamiento. La primera desviación que se observa es un «efecto de cuerda de saltar», lo que significa que el centro del rotor a velocidad se desplaza fuera de su eje de rotación, provocando un alto desequilibrio «estático».

TIPOS DE DESEQUILIBRIO

Hay tres tipos de desequilibrio:

1. Desequilibrio estático: se produce cuando el eje de masa se desplaza solo en paralelo al eje del árbol. El desequilibrio se corrige solo en un plano axial.
2. Desequilibrio de pares: es donde el eje de masa se cruza con el eje de funcionamiento. Por ejemplo: un disco que tiene descentramiento de inclinación sin desequilibrio estático. El desequilibrio se corrige normalmente en dos planos.
3. Desequilibrio dinámico: se produce cuando el eje de masa no coincide con el eje de rotación. Este desequilibrio suele ser una combinación de desequilibrio estático y de par, y se corrige en dos planos.

MÉTODOS PARA CORREGIR EL DESEQUILIBRIO

La eliminación de material mediante taladrado, fresado, etc., de la posición pesada del componente se utiliza para corregir el desequilibrio. Alternativamente, se puede corregir añadiendo material a la posición «ligera» del componente mediante el atornillado o la soldadura de contrapesos para reducir el desequilibrio.

MÁQUINAS EQUILIBRADORAS

Para identificar la posición y la magnitud del desequilibrio, los fabricantes de rotores utilizan máquinas equilibradoras para corregir cualquier desequilibrio existente. Estas máquinas son tan sensibles que pueden identificar con facilidad y precisión cualquier eje de masa que se desvíe 0,001 mm del eje de funcionamiento.

Un tipo de máquina solo identifica desequilibrios estáticos. Se utiliza para equilibrar piezas con forma de disco. Otro tipo de máquina identifica desequilibrios en dos planos axiales, por ejemplo, para equilibrar rotores cuya longitud es proporcionalmente mayor que su diámetro. Estas máquinas están disponibles en versiones que equilibran el rotor en el eje horizontal o vertical.

Gracias al uso de la electrónica moderna, la precisión supera fácilmente los estándares nacionales e internacionales. La configuración de la máquina es muy sencilla, ya que solo hay que introducir las medidas en un ordenador.

EQUILIBRADO DE ROTORES RÍGIDOS

Debido a que existe un desequilibrio en un componente incluso cuando está parado, los rotores rígidos pueden equilibrarse a baja velocidad, lo suficiente como para producir una fuerza centrífuga que registre el desequilibrio.

EQUILIBRADO DE ROTORES FLEXIBLES

Este tipo de rotor se equilibra a baja velocidad, donde el rotor no se flexiona. Se realiza la corrección del desequilibrio, luego se aumenta gradualmente la velocidad y se corrige el desequilibrio por etapas hasta alcanzar la velocidad de funcionamiento del rotor.

TÉCNICAS MODERNAS

Debido al elevado coste que supone sustituir los rotores dañados, la industria aeronáutica estipula que las piezas o secciones de los rotores que se cambian deben mantener un equilibrio aceptable. La técnica consiste en utilizar piezas adyacentes ficticias, por ejemplo, equilibrar un módulo compresor con un módulo turbina ficticio y sustituir las palas del compresor y la turbina sin necesidad de realizar ningún otro equilibrio. Estas técnicas están a disposición de la industria en general si los clientes las solicitan.

RESUMEN

Los últimos métodos de producción reducen o eliminan la necesidad de equilibrado en aplicaciones de baja velocidad, pero con el aumento constante de las velocidades utilizadas en la maquinaria rotativa, el equilibrado dinámico seguirá siendo necesario en un futuro previsible. La comprensión del equilibrado dinámico agiliza todo el proceso de producción.