BALANCEO DE ROTORES Y ELEMENTOS ROTATIVOS

4.1 CONCEPTOS DE DESBALANCE, ROTOR RIGIDO, FLEXIBLE Y SU TOLERANCIA

DEFINICIONES

• Existe el estándar ISO 1925 "Balancing Vocabulary", que define oficialmente

• cierto vocabulario en el balanceamiento de rotores. En lo posible se van a usar

• estas definiciones, sin embargo algunas serán modificadas considerando que

• incluso para los ingenieros que trabajan en el balanceamiento de rotores se

• hace difícil entenderlas

PUNTO PESADO

• Ubicación de la masa desbalanceada en el rotor.

PUNTO ALTO

• El punto sobre el eje de un rotor desbalanceado con la• mayor distancia al eje de rotación, Fig. 7. El punto alto se

produce por la• respuesta del eje al desbalanceamiento. Es el punto sobre la

periferia del• eje que pasa más cerca del sensor de desplazamiento en Fig. 7.

El punto alto • y el punto pesado coinciden cuando la velocidad de rotación del

rotor es• menor de aproximadamente un 50% que su primera velocidad

crítica, ver• Fig. 8

CANTIDAD DE DESBALANCEAMIENTO

• Es la medida cuantitativa de desbalance en un rotor, sin referirse a su

• posición angular:• U = m x r• U = cantidad de desbalanceamiento o simplemente

desbalanceamiento• M = masa desbalanceada• R = distancia de la masa desbalanceada al eje de rotación• r = distancia de la masa desbalanceada al eje de rotación

PROCESO DE BALANCEAMIENTO• Fig. 9, muestra un rotor de largo L y• diámetro D. Este rotor puede ser considerado compuesto de una serie de• discos como se indica en la Figura (o puede realmente estar compuesto por • una serie de impulsores como es el caso en una turbina o compresor• centrífugo de varias etapas). En cada disco del rotor existe un• desbalanceamiento: Ui = miri, que cuando el rotor gira con velocidad

angular • w, genera una fuerza centrífuga: Fi = miriw• 2• . El proceso de balanceamiento • consiste en agregar al rotor un determinado número de masas, llamadas• masas correctores, las cuales generen nuevas fuerzas centrífugas que• equilibren o balanceen las anteriores.

PLANOS DE CORRECCION

• Son aquellos planos transversales del rotor donde

• las masas correctoras o balanceadoras son agregadas o removidas con el

• objeto de balancear el rotor.

ROTOR RIGIDO• De Figura Nº9 se puede apreciar que el sistema de• fuerzas centrífugas debido al desbalanceamiento del rotor tienden a• flectar o deformar el rotor. Cuando las deflexiones generadas en el rotor• son despreciables, entonces se habla de un rotor rígido. De Figura Nº8 se • observa que entre menor es la velocidad de rotación del rotor respecto a su • primera velocidad crítica (o frecuencia natural de vibrar en flexión), menor • es la deformación del eje del rotor (desplazamiento pico a pico). En la• práctica un rotor se considera como rotor rígido, cuando su velocidad de• giro es menor que 0.5 (según algunos autores) o menor que 0.7 (según otros) • veces su primera velocidad crítica

• Nota: Es importante notar que en los rotores flexibles el

• desbalanceamiento U está definido por:• U = m (r + d)• U = cantidad de desbalanceamiento o simplemente

desbalanceamiento• m = masa desbalanceada• r = distancia de la masa desbalanceada al centro del

disco• d = deformación del eje

• Como la deformación del eje (desplazamiento) varía con la velocidad de giro

• del rotor, ver Figura Nº8, la cantidad de desbalanceamiento también varía

• con dicha velocidad. Por lo tanto, el balanceamiento de rotores flexibles

• utilizando las técnicas de balanceamiento de rotor rígido que veremos a

• continuación, sólo permiten dejar balanceado el rotor a la velocidad en que

• se efectúa el balanceamiento

• Para un rotor rígido, sin embargo, como la deformación d es despreciable,

• cuando se balancea un rotor a una cierta velocidad particular, él quedará

• balanceado para todo el rango de velocidades de giro para las cuales el

• rotor tenga un comportamiento de rotor rígido. Esto permite balancear un

• rotor rígido a una velocidad diferente de la cual funciona (por ejemplo, en

• una máquina balanceadora que gira a menor velocidad).

• Algunos tipos de rotores flexibles pueden ser balanceados con las técnicas

• de balanceamlento de rotores rígidos o ser balanceados en máquinas

• balanceadoras a baja velocidad, según lo específica ISO 5406 "The

• Mechanical Balancing of Flexible Rotors". Si no es posible esto, entonces

• hay que utilizar técnicas de balanceamiento para rotores flexibles, las

• cuales se escapan del alcance de este curso.

• A continuación se dan las definiciones de rotor rígidos, rotor flexible y

• tipos de desbalanceamientos según ISO 1925

TIPOS DE DESBALANCEAMIENTO

• Figura 10, muestra los tipos de• desbalanceamiento, según ISO 1925.

Ejes principales de inercia

• Si los productos de inercia Ixixj (i, j = 1, 2, 3) son cero para un sistema de ejes

• cartesianos, tal sistema de ejes coordenados se llama eje principal de inercia.

Ejes principales centrales.

• Si el origen de los ejes coordenados es el centro de gravedad del cuerpo, los

• ejes anteriores se llaman ejes principales centrales (de inercia).

Desbalanceamiento inicial.

• Desbalanceamiento de cualquier clase que existe en el rotor antes de

• balancear

Desbalanceamiento residual.

• Desbalanceamiento de cualquier clase que permanece después de balancear.

Desbalanceamiento especifico.

• Es la cantidad de desbalanceamiento estático U dividido por la masa M del

• rotor y es equivalente al desplazamiento del centro de gravedad del rotor

• desde el eje de rotación

• Figura 10. Tipos de desbalanceamiento, según norma ISO 1925. (a) Existe

• cuando el eje principal central (inercia) es paralelo al eje de rotación. (b)

• Existe cuando el eje principal central intersecta al eje de rotación en el centro

• de gravedad del rotor. (c) Existe cuando el eje principal central intersecta al

• eje de rotación en un punto diferente al centro de gravedad del rotor. (d)

• Existe cuando el eje principal central y el eje de rotación no se intersecta

Balanceamiento.

• Es el procedimiento por el cual la distribución de masas de un rotor es

• chequeada y, si es necesario, ajustada para asegurar que la vibración de los

• descansos y/o las fuerzas en los descansos a una frecuencia correspondiente a

• la velocidad de operación está dentro de limites especificados.

Balanceamiento en un plano (estático).

• Es el procedimiento por el cual la distribución de masas de un rotor rígido es

• ajustada para asegurar que el desbalanceamiento estático residual esté dentro

• de límites especificados y el cual requiere corrección en un solo plano.

• NOTA: Balanceamiento en un plano puede ser hecho sobre un par de filos de

• cuchillos sin rotación del rotor, pero es ahora más usualmente hecho sobre

• máquinas desbalanceadoras.

Balanceamiento en dos planos (dinámico).

• Es el procedimiento por el cual la distribución de masas de un rotor rígido es

• ajustada para asegurar que el desbalanceamiento residual en dos planos

• arbitrarios esté dentro de limites especificados referido a esos planos.

Razón de reducción del desbalance (R.R.D.).

4.2 BALANCEO ESTATICO

4.3 BALANCEO DINAMICO EN UNO Y DOS PLANOS POR EL METODO DE COEFICIENTES DE

INFLUENCIA

4.4 TOLERANCIA DE DESBALANCE