VIBRACIN Y BALANCEO DE VENTILADORES La vibracin siempre ha sido un buen indicador de que tan bien fue diseada e instalada una pieza del equipo y como se le dio mantenimiento. Con programas computarizados de mantenimiento preventivo, la vibracin puede tambin usarse como precursor de un mantenimiento futuro. Los ventiladores estn sujetos a vibracin porque tienen una alta relacin entre la masa rotatoria y la masa total y operan a velocidades relativamente altas. A diferencia de la mayora de los equipos mecnicos, existen dos causas principales de vibracin en ventiladores. Estos son, el aspecto aerodinmico, que tiene que ver con el flujo de aire, y el mecnico, que tiene que ver con los componentes rotatorios, los sujetadores, y los soportes estructurales. En esta Carta de Ingeniera se discutirn ambas causas de vibracin y se proporcionarn guas para su reduccin. VIBRACIN AERODINAMICA La vibracin aerodinmica, tambin llamada pulsacin aerodinmica, es una causa de la vibracin del ventilador y el sistema. Ocurre cuando un ventilador opera a la izquierda de su punto pico de presin esttica. La frecuencia de la vibracin, cuando se verifica con instrumentos, est en una frecuencia diferente a la de la velocidad del rotor. Esta rea de operacin est ilustrada en la Figura 10.1. En esta regin el rotor del ventilador no mueve suficiente aire para llenar los pasos del aspa. La vibracin aerodinmica es ms fcilmente identificada por el incremento del volumen de aire fluyendo a travs del ventilador, de tal modo que el punto de operacin del ventilador se mueve a la derecha. Si la causa es aerodinmica, la vibracin desaparecer o se reducir significativamente. El incremento del flujo de aire se logra con la apertura de compuertas, la limpieza de filtros y serpentines, o como una prueba, removiendo una seccin del ducto cerca del ventilador. Estas acciones reducirn la presin del sistema, y en consecuencia, incrementarn el flujo de aire. Debido a la geometra del rotor, algunos ventiladores son ms susceptibles a la pulsacin cuando operan a la izquierda del pico de su curva de presin esttica. Los ventiladores centrfugos que utilizan aspas inclinadas hacia atrs o curvadas hacia delante estn particularmente sujetas a este fenmeno. Sin embargo, los ventiladores con aspas aerodinmicas inclinadas hacia atrs, como los rotores AcoustaFoil, estn diseados para ser estables a la izquierda del pico. La Figura 10.2 ilustra esta rea de operacin inestable en una tabla de funcionamiento de un ventilador (rea de achurado transversal). Estos puntos de operacin indican la inestabilidad del ventilador. La operacin a la izquierda del pico puede deberse ms a un error en los clculos de la presin del sistema, que a la instalacin del sistema, o a una prctica de mantenimiento deficiente. El punto de operacin del ventilador puede tambin cambiar si el sistema/proceso se ha modificado desde la instalacin. Por ejemplo, un sistema de secado puede haber sido diseado inicialmente para jalar aire a travs de una capa de 2 de material. Los cambios subsecuentes del sistema ahora requieren una cama de 6 de material con una cada de presin significativamente ms alta. Esto ocasionara que el ventilador opere en un punto diferente en su curva la cual puede estar a la izquierda del pico. Si se ha determinado que la vibracin es aerodinmica, hay varios pasos que se pueden tomar para restaurar el ventilador a un punto de operacin aceptable. Si algn tipo de obstruccin est causando el problema, se pueden abrir las compuertas, limpiarse los filtros y los serpentines, y el proceso se puede restaurar a una configuracin ms parecida al diseo original. Las alternativas ms caras incluyen incrementar los tamaos de los ductos, reducir las longitudes de los ductos, y eliminar vueltas muy pronunciadas. Si no es practico un rediseo del sistema pero el volumen de aire es el adecuado y el ventilador en cuestin es centrfugo, puede ser posible eliminar o reducir la pulsacin ajustando el rotor del ventilador al cono de la succin. Como se muestra en la Figura 10.3, ajustando el rotor de manera que el borde del cono est dentro del plato frontal del rotor, el aire adicional recirculara en el ventilador. Ahora el rotor recibir un volumen suficiente de aire, permitindole funcionar sin pulsar; sin embargo, la eficiencia del ventilador se reducir. En general, incrementando el traslape una distancia igual al 2% del dimetro del rotor se eliminara la pulsacin. La vibracin aerodinmica adems puede ser causada por conexiones deficientes de la succin al ventilador. Para reducir prdidas las cajas y codos de succin deben ser acondicionados con hojas o aspas gua. Cuando el aire es forzado a fluir a travs de una vuelta o curva pronunciada cuando entra al ventilador, tiende a cargar una parte del rotor del ventilador. El resultado siempre es un funcionamiento reducido y muchas veces tambin la pulsacin. Tambin se puede desarrollar el mismo fenmeno en la descarga del ventilador, aunque generalmente en grado menor. Los ventiladores no descargan el aire con una velocidad uniforme a travs de toda su descarga. Generalmente operan mejor cuando descargan el aire en un ducto largo y recto, siendo el mnimo tres dimetros del ducto ms all de la descarga del ventilador. VIBRACIN MECANICA La vibracin mecnica es el tipo ms comn de vibracin de ventiladores. Es causada por rotores u otros componentes rotatorios del ventilador desbalanceados. Su impacto negativo se incrementa por sujetadores flojos y un soporte estructural deficiente. Dos trminos son importantes para entender la vibracin mecnica. Balanceo se refiere principalmente al rotor u otros componentes rotatorios del ventilador. El procedimiento de balanceo consiste en agregar o remover peso en un intento para mover el centro de gravedad hacia el eje de rotacin. Vibracin se refiere principalmente al ventilador completo. La vibracin del ventilador es medida durante una prueba de corrido y es la amplitud de vibracin en los rodamientos del ventilador expresada en unidades de desplazamiento o velocidad. El nivel de vibracin de ventiladores nuevos es resultado del diseo y la construccin del fabricante de ventiladores. Para ventiladores en operacin, la instalacin y el mantenimiento subsiguiente pueden tener un efecto mayor en la vibracin del ventilador. Existen muchas causas del desbalanceo de rotores: Construccin en rotores de ventiladores nuevos se presenta desbalanceo debido a la naturaleza de la fabricacin y al ensamble. Las tolerancias de las partes y el ensamble, las variaciones de los materiales, y un pandeo durante el proceso de soldadura contribuyen a un ensamble no concntrico del rotor. El balanceo compensa estos factores. Estructura del material an una capa delgada de suciedad puede causar desbalanceo. Usando solventes, cepillos de alambre, etc., se pueden limpiar los rotores y restaurar su balanceo. Abrasin/corrosin en aplicaciones de transporte de materiales o en el manejo de vapores o gases corrosivos, la abrasin o la corrosin del rotor causara desbalanceo. Esta condicin es ms seria que la vibracin, por razones de seguridad se debe contactar al representante del fabricante de ventiladores para que de las recomendaciones para reparacin o el reemplazo del rotor. Componentes de la transmisin poleas, bandas, acoplamientos y motores pueden tener su propio desbalanceo que da como resultado vibracin en el ventilador. Verifquese el alineamiento de los componentes, examnense las canaletas de las poleas y las superficies de las bandas. Reemplazar los componentes gastados. Los acoplamientos pueden variar an milsimas de pulgada en el embarque, causando desalineamiento y vibracin. Se pueden verificar fcilmente los diversos componentes de la transmisin para determinar s estn causando vibracin. Desconctese la transmisin o el acoplamiento y arrnquese el motor con una polea o medio acoplamiento en su lugar. S este ensamble corre con ciertos problemas, remuvase la polea o el medio acoplamiento y corra el motor solo. Es mucho ms difcil determinar si el rotor del ventilador o el conjunto polea impulsada/acoplamiento est causando la vibracin sin quitarlo y balancearlo. Las poleas y los acoplamientos debieron haber sido balanceados dinmicamente previamente. A menos que sea importante determinar si el rotor o la transmisin est fuera de balanceo, es probablemente mejor balancear el rotor, la flecha, y la transmisin como un solo ensamble. Sujetadores el rotor y los tornillos de los componentes de la transmisin, los pernos de las chumaceras, y los herrajes de la base de montaje del ventilador estn sujetos a aflojamiento, especialmente cuando hay vibracin. Los componentes flojos se agregan a la magnitud total de la vibracin del ventilador. Soporte estructural muy frecuentemente, los ventiladores estn montados en soportes que tienen una frecuencia natural de vibracin muy cercana a la del ventilador. En esta frecuencia, la estructura tiende a seguir vibrando una vez que ha entrado en movimiento. Bajo tales condiciones es casi imposible balancear todos los componentes rotatorios en forma aceptable para evitar una magnitud inconveniente de vibracin. Usando refuerzos se mover la frecuencia natural de la estructura fuera del rango del ventilador en operacin. Las estructuras ptimas de montaje incluyen gruesas placas de concreto, bases de acero soportadas por aisladores de vibracin, o estructuras pesadas de acero totalmente soldadas. Las estructuras deben tener un apuntalamiento contraladeo adecuado, con tramos cortos sin apoyo. Deben estar diseadas para ser ms pesadas que si estuvieran diseadas para soportar una carga esttica. Todos los apoyos verticales deben estar directamente abajo del ventilador y el ventilador no debe estar localizado a la mitad de los tramos de trabe. Flecha pandeada puede causar vibracin importante que usualmente resulta en una magnitud de vibracin que es proporcional a la cantidad por la cual la flecha se pandea. Usando un simple indicador de cartula, se puede verificar el nivel de la flecha. No debe estar fuera ms de una o dos milsimas de pulgada en una flecha corta o dos o tres milsimas en una flecha larga. Si la flecha est pandeada, puede enderezarse, reemplazarse, o corregirse por balanceo. CRITERIOS DE BALANCEO Fabricantes grandes de ventiladores balancean los rotores antes del ensamble en maquinas de balanceo. El procedimiento de balanceo involucra la deteccin y la compensacin por las onzas pulgadas (oz-in) del desbalanceo. Para la mayora de las aplicaciones de calor, ventilacin y aire acondicionado (HVAC por sus siglas en ingls); agrcolas e industriales, un grado de calidad de balanceo de ISO de G6.3 es adecuado. Usando este grado de balanceo, el desbalanceo residual permisible se calcula como sigue: Uper = 6.01 x G x W / N donde: Uper = desbalanceo permisible por el grado de calidad de balanceo (oz-in) G = grado de calidad de balanceo (6.3) W = peso del rotor (lbs) N = velocidad de operacin del rotor (rpm) Por ejemplo, usando un rotor Serie 20 DH Tamao 264: donde: G = 6.3 W = 78 lbs . N = 2280 rpm Uper = (6.01 x 6.3 x 78)/2280 Uper = 1.3 oz-in CRITERIOS DE VIBRACIN Despus de la instalacin del rotor, los ventiladores ensamblados tienen un balanceo de ajuste como una unidad completa antes del embarque. Los fabricantes tienen ciertas limitaciones que los ventiladores puedan ser probados en marcha a los requerimientos elctricos, velocidades de prueba, y los accesorios del cliente. Para desarrollar una prueba de vibracin en marcha, el ventilador se monta en una base rgida. La base puede ser menos o ms rgida que la que usar el cliente. Por causa de esta diferencia, los lmites de vibracin determinados de la prueba de vibracin en marcha en la fbrica no pueden usarse como garanta del nivel mnimo de vibracin una vez que el ventilador se instala en el sistema. Para explicar esta diferencia en aplicaciones sensibles a vibracin, muchos ventiladores son montados en bases de absorcin de vibracin. Estas bases contienen resortes o aislamientos de hule y pueden o no estar llenos con concreto como masa adicional. El propsito de estas bases es permitir al ventilador vibrar sin transmitir la vibracin a la estructura del edificio. La vibracin del ensamble del ventilador es tpicamente medida en la direccin horizontal. Esta indicacin se refiere a la vibracin medida solo en la frecuencia de inters. Este mtodo proporciona una medida exacta del desbalanceo del rotor. (Ver la Figura 10.4). La mayora de los fabricantes de ventiladores tienen normas de vibracin ssmica como parte de sus procesos de manufactura y calidad. Estos limites variaran dependiendo de las facilidades de las pruebas del fabricante, el equipo de balanceo, y el tipo y tamao del ventilador. Como una gua para ventiladores en aplicaciones industriales, agrcolas y de calor, ventilacin y aire acondicionado, una velocidad pico de 0.15 pulg./segundo es adecuada en la velocidad de prueba en fabrica. Para aquellos ms familiarizados con el uso del desplazamiento como una medida de vibracin, las unidades de desplazamiento se pueden convertir a unidades de velocidad usando la ecuacin siguiente: V = p x F x D / 1000 donde: V = velocidad (pulg./segundo) F = frecuencia en rpm (rpm/60) D = desplazamiento, de pico a pico, (mils) (1 mil = .001 pulg.) Ejemplo: Convertir un desplazamiento de .6 mils a velocidad en pulg./segundo con el ventilador corriendo a 1200 rpm. V = (3.1416 x 1200 x .6)/(60 x 1000) V = .0377 pulg./segundo CONCLUSIN Los diseadores de sistemas deben observar las siguientes especificaciones para asegurar niveles mnimos aceptables de vibracin de ventiladores: Los rotores deben ser balanceados dinmicamente antes de su instalacin de acuerdo al grado de calidad G-6.3 de ISO 1940/ANSI S2.19. Despus de la instalacin del rotor se deben correr los ventiladores y tener un balanceo de ajuste en la planta del fabricante para reducir la vibracin causada por otros componentes del ventilador y el proceso del ensamble total siempre que la configuracin del ventilador lo permita. Las estructuras de montaje deben ser rgidas y lo suficientemente pesadas para soportar apropiadamente el ventilador. Las estructuras deben tener una frecuencia natural que est bastante fuera del rango de operacin del ventilador. En aplicaciones sensibles a vibracin se deben dar consideraciones especiales para resortes o aislamiento de goma, o bases de inercia. Utilizando programas computarizados para seleccin de ventiladores y con la ayuda de un representante del fabricante, los ventiladores deben seleccionarse para evitar puntos de operacin inestables y que de cmo resultado una pulsacin aerodinmica. Las alteraciones al diseo total del sistema deben incluir la consideracin de cambios en el punto de operacin del ventilador y posible pulsacin aerodinmica. Un mantenimiento apropiado, que incluye inspecciones peridicas del rotor y de los componentes de la transmisin y los sujetadores, asegurara unos niveles reducidos de vibracin.

COMPARANDO LAS TOLERANCIAS DE BALANCEO DE API, ISO Y MIL-STD-167-1

Uper = desbalanceo residual permisible para cada plano de correccin en oz-in. W = peso del rotor en lbs. ( W = 1000 lbs . para todos los ejemplos mostrados) N = operacin mxima continua en rpm. G = grado de calidad de balanceo de ISO, a saber 6.3, 2.5, 1.0, etc. Fc < 10% Carga Esttica de Trabajo Uper = 56,347 x (Carga Esttica de Trabajo W/2) / N 2 ISO Uper = G x 6.01 x W/2 / N MIL-STD-167-1 Uper = 0.177 W ( 0 a 150 rpm) = 4000 W / N 2 ( 150 a 1000 rpm) = 4 W / N (arriba de 1000 rpm) W = peso total del rotor API Uper = 4 W / N (W = Carga Esttica de Trabajo) Fc = 1.77 (rpm/1000) 2 oz-in

TABULACION DE DATOS N MIL-STD-167 ISO G 6.3 ISO G 2.5 ISO G 1.0 API Fc = 10% W/2

Uper oz-in Fuerza Centrif. Uper oz-in Fuerza Centrif. Uper oz-in Fuerza Centrif. Uper oz-in Fuerza Centrif. Uper oz-in Fuerza Centrif. Uper oz-in Fuerza Centrif.

150 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 177 16 4 2 1.33 1.0 0.8 0.67 0.57 7 7 7 14 21 28 35 43 49 126.0 38.0 19.0 9.5 6.3 4.7 3.8 3.2 2.7 5 17 34 67 100 133 168 201 234 50.0 15.0 7.5 3.8 2.5 1.9 1.5 1.3 1.1 2.0 6.6 13.3 26.6 39.8 53.8 66.4 79.7 92.8 20.0 6.0 3.0 1.5 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.8 2.7 5.3 10.6 15.9 21.2 26.6 31.9 37.3 13.3 4.0 2.0 1.0 0.6 0.5 0.4 0.3 0.3 0.5 1.8 3.5 7.1 9.6 14.2 17.7 19.1 26.0 1252.0 113.0 28.0 7.0 3.1 1.8 1.1 0.8 0.6 50 50 50 50 50 50 50 50 50

http://www.evisaventiladores.com/evisaweb/ventiladores/bvibracion.htm

El Balanceo activo trae el equilibrio al equipo mientras esta trabajandoby Andrew WinzenzEn este artculo, discutiremos los problemas comunes de la vibracin experimentados en ventiladores centrfugos grandes que llevan a fallas forzadas y mantenimiento imprevisto.Describir el uso de un Sistema de Balanceo de un Ventilador Activo utilizado para controlar el desbalance relacionado de los niveles de vibracin en los ventiladores; y detalla tambin unas pocas instalaciones activas de balanceo y describe los beneficios que estos usuarios han experimentado.Causas comunes de vibracin en ventiladores centrfugosDesde que se fabrican los ventiladores centrfugos han sido susceptibles a problemas relacionados con la vibracin. Estos problemas van de sencillas condiciones de desbalance causadas por variaciones masivas en el rotor del ventilador a asuntos ms complejos relacionados a la alineacin del eje, fatiga de cojinetes, o asuntos de resonancia. En muchos casos los niveles excesivos de vibracin en ventiladores llevan a fallas imprevistas y forzadas a realizar el mantenimiento. Una vez que a esta etapa, estas fallas son necesarias para mantener la seguridad. Sin embargo, la mayora de las veces, son costosas tanto en mantenimiento como en prdida de produccin.Los estndares han sido puestos en cuanto a lo que son los niveles aceptables de vibracin correspondientes a las velocidades de operacin. El grfico mostrado en la Figura 1 es aceptado comnmente como los criterios para niveles de vibracin en la mayora de los equipos de rotacin. Otras fuentes que resumen los niveles aceptables de balanceo y vibracin para ventiladores incluyen la norma ANSI/AMCA 204-96, la Calidad del balanceo y Niveles de Vibracin para Ventiladores e ISO 14694:2003, Ventiladores de Valor industrial las Especificaciones para la Calidad del balanceo y Niveles de Vibracin.Lneas abajo encontraremos breves discusiones de las causas ms comunes de vibracin en ventiladores centrfugos junto con los sntomas y mtodos correspondientes para su correccin.Desalineacin del EjeLa alineacin apropiada entre un eje impulsor motriz y el eje de un ventilador es un paso importante que debe de ser atendido apropiadamente durante la nueva instalacin del ventilador o si un eje/rotor es reemplazado. El desbalance entre un eje motriz y el eje del ventilador tiene como resultado tpicamente un componente armnico de vibracin de 1X y de 2X. A menudo, las condiciones del desbalance llevarn tambin a niveles excesivos de la vibracin axial. Desde que la mayora de los ventiladores no son equipados con las puntas axiales de vibracin, esto a menudo no es detectado a menos que el componente de la vibracin 2X exista. El desbalanceo puede ser causado por una instalacin descuidada de un equipo nuevo, pero ms es causado comnmente por ejes doblados o cojinetes impropiamente puestos. La desalineacin debe poder ser detectada antes de poner en marcha un ventilador utilizando un sistema de alineacin lser o de dial para verificar la alineacin apropiada entre el eje motriz y el eje del ventilador. Sin embargo, un eje doblado de ventilador no puede ser detectado por el sistema de alineacin, que puede permitir que los sntomas anteriores persistan.

ResonanciaLos problemas de la resonancia son a menudo por dos aspectos en el ensamble de ventiladores de gran tamao. El primer componente que tiene que ser atendido es el de las velocidades crticas. La cartografa crtica de la velocidad es tpicamente una tarea que es dirigida durante el nuevo diseo de un ventilador. La mayora de los ventiladores son diseados para operar bajo las primeras velocidades crticas. Los factores a evitar la velocidad crtica en el diseo del ventilador en general, el espacio entre cojinetes, y la necesidad de la velocidad para operar para producir la corriente de aire requerida. Si un ventilador opera encima de la primera velocidad crtica entonces se requiere de especial cuidado se tiene que poner a los niveles de vibracin mientras el ventilador acelera hasta la velocidad operacional y, lo que es ms importante, que descienda hasta detenerse de la velocidad operacional. Los niveles excesivos de vibracin al pasar por una velocidad crtica pueden llevar a un dao severo en los cojinetes, a los sellos, y a otro equipo relacionado.El segundo factor, la resonancia estructural, puede ser mucho ms difcil de predecir. Cada estructura tiene una frecuencia natural en la que resonar. Si un ventilador opera en un punto estructural de la resonancia que no es corregido lo puede llevar tambin a fallas del componente. La resonancia estructural puede ocurrir a la velocidad operacional de 1X o en una frecuencia armnica (2X, 3X, etc.). La resonancia estructural variar dependiendo de la velocidad operacional y puede ser identificada fcilmente realizando un mapeo grfico de la amplitud de la vibracin, contra la frecuencia, contra la velocidad giratoria.Conexiones mecnicas flojasLa holgura en alguna conexin mecnica entre las tapas de los cojinetes, los pedestales, o las bases puede causar niveles excesivos de vibracin o amplificar un problema ya existente de desbalanceo. En la mayora de los casos, una conexin mecnicamente floja producir niveles armnicos de vibracin (2X, 3X, etc.) y puede producir tambin niveles sub-armnicos de vibracin (X/2, X/3, etc.). La vibracin causada por conexiones mecnicamente flojas es a menudo mal diagnosticada debido a la presencia de niveles sub-armnicos de vibracin.Un segundo tipo de vibracin causada por conexiones mecnicamente flojas puede suceder si hay holgura en la conexin entre el rotor del ventilador y el eje del ventilador. En muchos casos esto inducir a un desbalanceo muy alto relacionado al nivel de vibracin que no es necesariamente a 1X de la velocidad operacional. Este tipo de la vibracin puede ser muy difcil de determinar, pero se corrige fcilmente si se encuentra. En la mayora de los casos, una interferencia apropiadamente diseada entre el eje del rotor y el eje del ventilador puede ser aplicada para evitar esta condicin.Ejes o rotors cuarteadosLa propagacin de grietas ya sea en el eje del ventilador o en el rotor puede llevar a uno de los modos de falla ms temidos en cualquier tipo de equipo de rotacin. Si no es detectada, una grieta en un eje o en el rotor puede llevar finalmente al fracaso catastrfico del ventilador. El descubrimiento temprano de la grieta puede suceder si si la tendencia de la vibracin y el anlisis se llevan acabo en el equipo. Los sntomas comunes de una grieta que se propaga en un ventilador son una salida y crecimiento de un componente 2X de la vibracin junto con un cambio en la fase y la amplitud del componente de la vibracin 1X.Masa del Rotor DesbalanceadaLa masa del rotor desbalanceada es la causa ms comn de vibracin excesiva en la mayora de los equipos rotatorios y en los ventiladores. El sntoma primario de masa de rotor desbalanceada es un nivel alto de vibracin 1X. La variacin masiva del rotor lleva a una condicin de desbalanceo que es causada tpicamente por cuatro factores primarios.1. Las variaciones en la fabricacin pueden llevar a masa desigualmente distribuida en el rotor del ventilador. 2. La exposicin a altas temperaturas de corrientes de aire pueden causar el crecimiento desigual del rotor del ventilador. 3. El deterioro del rotor del ventilador causado ya sea por el impacto de partculas a alta velocidad o el paso corrosivo de materiales por el ventilador. 4. La acumulacin desigual de materiales o contaminacin en el rotor del ventilador. Este asunto final puede ser compuesto por pedazos grandes de materia que se descascarilla y causa una vibracin muy repentina y excesiva. Las cantidades excesivas de masa de rotor desbalanceada pueden tener dos efectos perjudiciales en los ventiladores. La principal preocupacin es la fatiga a largo plazo, causada por el golpeteo de fuerzas que ocurre al trabajar en niveles elevados de vibracin. La segunda preocupacin, aunque rara en ventiladores, es el pase por velocidades crticas en el arranque o en el cierre. Las cantidades excesivas de masa de rotor desbalanceada pueden amplificar tambin otras condiciones de vibracin, tal como una tapa floja de cojinete o inestabilidad en una base. Muchas de las fallas imprevistas que suceden debido a la vibracin excesiva son simplemente debido a cantidades excesivas de masa de rotor desbalanceada.Corrigiendo la condicin de desbalanceo en los VentiladoresLas acciones correctivas pueden ser tomadas para reducir la cantidad de desbalanceo, incluyendo el remover las partculas acumuladas del rotor del ventilador o realizar un balanceo mecnico del ventilador. Sin embargo, ambas acciones requieren una parada del ventilador por algn espacio de tiempo. Hay dos mtodos para corregir la masa desbalanceada para compensar la vibracin 1X, ya sea un sistema de balanceo manual que es a menudo porttil y puede ser utilizado en mltiples aparatos o un sistema dedicado de balanceo activo.Correcciones manuales de BalanceoEl procedimiento de la correccin manual del balanceo o balanceo fuera de lnea (off-line) es una accin comn que sucede durante la instalacin de un equipo nuevo o como un procedimiento de mantenimiento durante una interrupcin planeada. La correccin del balanceo es tpicamente un proceso de 6 partes que sigue estos pasos:1. Limpie el impulsor de cualquier aumento de partcula. 2. Mida el ngulo inicial de fase de vibracin y magnitud. 3. Pare el ventilador y agregue una masa conocida de prueba en una ubicacin conocida. 4. Arranque el ventilador y mida el ngulo resultante de fase de vibracin y magnitud. Esta informacin entonces es utilizada para computar la sensibilidad del ventilador o respuesta para desbalanceo). 5. Una vez que este clculo es hecho, el ventilador es detenido y uno puede determinar la cantidad apropiada de masa para el peso del balanceo y qu ubicacin para agregar el peso. 6. El peso es aadido y el ventilador se vuelve a poner en marcha. Los pasos 3-6 de este proceso pueden ser repetidos muchas veces dependiendo del nivel de experiencia del tcnico y la sensibilidad del equipo.Aunque una correccin manual del balanceo es tpicamente necesaria para los equipo nuevos durante su instalacin y durante cierres planeados, tiene los inconvenientes si usted necesita emplear esta tcnica regularmente entre intervalos planeados de mantenimiento. La cantidad de tiempo requerida para realizar una correccin manual de balanceo puede ser muy difcil de determinar, especialmente si esta relacionada a asuntos de permisos, cooperacin entre servicios, y la facilidad para balancear el ventilador. Cuando se prende y se apaga constantemente un motor puede llevar a recortar la esperanza de vida del motor y otros equipos asociados. Las aplicaciones variables de velocidad pueden encontrar que esas correcciones diferentes de balanceo son necesarias para velocidades diferentes de operacin. Y, aunque raro en la mayora de las aplicaciones de ventilador, para el equipo que pasa por velocidades crticas, los niveles excesivos de vibracin experimentados al pasar por una velocidad crtica pueden llevar al desgaste excesivo del cojinete y de los sellos.Correccin Automtica del BalanceoUn segundo tipo de Sistemas de Balanceo ha estado en uso desde el inicio de los aos 80s y permite a los usuarios a controlar continuamente los niveles de vibracin del ventilador y realizar correcciones de balanceo sin tener que parar el ventilador. Estos sistemas han sido llamados Sistemas de Balanceo activo o automtico. Estos sistemas consisten en un sistema de control, en los anillos de balanceo, en los activadores, y en los sensores de vibracin. El anillo de balanceo se conecta permanentemente al eje del ventilador. Este anillo contiene pesas internas que pueden ser recolocadas para compensar la masa desbalanceada y compensar los niveles excesivos de vibracin 1X (ver la Figura 2).

Operacin de un Sistema Activo de BalanceoLos sistemas activos operan en un concepto sencillo se sentido, y entonces se ajustan. El sistema se pre-establece para monitorear continuamente los niveles de vibracin del ventilador. Los usuarios programan un rango fijo de tolerancia que ellos determinen para mantener el nivel de vibracin. Cundo los niveles de vibracin alcanzan el lmite superior del rango de tolerancia, el sistema de control determina el ngulo necesario de la magnitud y la fase de correccin requerida para el balanceo.El control manda el poder y los datos a un activador inmvil que se comunica con un anillo de balanceo giratorio. El activador ordena a las pesas internas en el anillo de balanceo moverse a las nuevas posiciones para corregir el desbalanceo y recuperar el nivel de vibracin 1X dentro del rango de tolerancia. La figura 3 proporciona un esquema de una configuracin tpica de este sistema.

Aplicaciones para un Sistema de Balanceo ActivoLos sistemas activos han sido empleados en numerosos tipos de equipos de rotacin. Su eficacia en controlar los niveles de vibracin 1X causados por la masa del rotor desbalanceada en ventiladores de tipo industrial contina siendo un rea primaria de aplicacin. Hay tres tipos primarios de ventiladores en los cuales se ha aplicado el uso de estos sistemas activos de balanceo. Estos son: Tipo I Soporte en lnea, transmisin sencilla. Tipo II Doble Soporte, transmisin Sencilla. Tipo III Doble soporte, doble Transmisin (ver la Figura 4).La configuracin del ventilador define el nmero de correccin de balanceo requerido. La variacin en el tamao y la velocidad operacional del ventilador, as como las condiciones del proceso, dictan la capacidad necesaria de la correccin que es construida en el sistema activo.Beneficios de utilizar estos SistemasEl objetivo primario de un sistema activo es de mantener los niveles de vibracin bajos mientras el proceso contina operando. Mantener muy bajos los niveles de vibracin tiene tpicamente impactos positivos en una planta desde el punto de vista de los departamentos de produccin y del de Mantenimiento. El beneficio ms visible es la habilidad de mejorar la confiabilidad y la disponibilidad de los ventiladores. Esto lleva a reducciones en los cierres planificados e imprevistos de Mantenimiento, que son utilizadas tpicamente para medios ms convencionales de corregir problemas de desbalanceo. Muchos usuarios encuentran tambin que adems de eliminar las fallas imprevistas e intermitentes de mantenimiento a menudo pueden extender el perodo entre cierres planeados de mantenimiento. Para plantas que planean esperar de 1 a 2 aos entre cierres planeados de mantenimiento, esto puede tener un impacto muy positivo.Los beneficios secundarios incluyen la extensin de vida del equipo, tal como los motores, cojinetes, y sellos al operar por periodos ms largos de tiempo en niveles bajos de vibracin. Otro beneficio es la reduccin de consume de combustible y energa al limitar el numero de arranques y paros en el proceso.Interactuando con un Sistema Activo de Balanceo Uno de los datos ms tiles que pueden ser obtenidos de un sistema activo es un evento de registro de datos que rastrea el uso del sistema. Este registro demostrar al empezar y al terminar los niveles de vibracin y la fase de ngulo as como la cantidad de tiempo requerido para completar una correccin de balanceo.Los datos almacenados pueden ser utilizados tambin para calcular efectivamente una correccin manual requerida, por lo tanto, reduciendo el tiempo y los esfuerzos requeridos durante un cierre planeado. Esta informacin puede ser accesada a travs de un software de control basado en Windows. El sistema puede ser atado tambin en un Sistema Digital del Control (DCS) a travs de una interfase PLC. Esto pone el control del sistema y los datos delante de un operario siempre.El sistema de balanceo tambin puede ser accesado va un mdulo de interfase remoto (ver la Figura 4) esto permite al sistema ser vinculado a una red de la planta a travs de una conexin de Ethernet. Esta interfase remota proporciona una conexin segura para usuarios remotos para descargar los datos histricos, acceso y el cambio de parmetros, monitorear los niveles de vibracin y los permisos completan el control del sistema de cualquier ubicacin alrededor del mundo.

Resumen y ConclusionesHay muchas causas diferentes de vibracin en el equipo de rotacin. En el orden para tratar efectivamente con todas las causas, es necesario implementar un Programa de mantenimiento basado en condicin efectivo que pueda identificar las situaciones problemticas antes que se vuelven las situaciones potencialmente catastrficas.Los sistemas activos de balanceo ayudan a resolver una de las causas ms comunes de vibracin excesiva en equipo rotatorio compensando la masa del rotor desbalanceada. Estas correcciones son hechas mientras el equipo esta en servicio, evitando costosas fallas. Las reducciones en amplitudes de vibracin 1X causadas por masa de rotor desbalanceada ayuda tambin a aminorar los efectos de otras condiciones de vibracin tales como la holgura en cojinetes o rigidez inadecuada en soportes, pedestales o bases. Los sistemas activos pueden proporcionar informacin detallada de tendencias que puede ser utilizada para los cierres planificados y para participar en identificar otros problemas de vibracin que no son demostrados estrictamente en la velocidad operacional de 1X. El uso apropiado de estos sistemas permite a los usuarios aumentar la disponibilidad del equipo, trabajar en un proceso de produccin ms estable, y, ltimamente lleva a una operacin ms segura y ms confiable.Andy Winzenz es Gerente de Productos en LORD Corporation, con cede en Cary, NC, EEUU. Andy ha trabajado en la industria del Balanceo y la Vibracin por 11 aos y ha desempeado diversas posiciones tanto en Ventas como en Ingeniera en este tiempo. Andy puede ser contactado en Andy_Winzenz@lord.com o al 919-468-5981.Referencias 1. Adams, Maurice L., Rotating Machinery Vibration From Analysis to Troubleshooting, Marcel Decker, Inc., 2001 2. Harris, Cyril M., Shock & Vibration Handbook-Third Edition, McGraw Hill Book Company, 1988 3. Hartog, J.P. Den, Mechanical Vibrations, Dover Publications, 1985 4. ANSI/AMCA 204-96, Balance Quality and Vibration Levels for Fans 5. ISO 14694:2003, Industrial Fans Specifications for Balance Quality and Vibration Levelshttp://confiabilidad.net/print/el-balanceo-activo-trae-el-equilibrio-al-equipo-mientras-esta-trabajando/

Desequilibrio y medida de la fase vibratoriaEl desequilibrio constituye la principal causa de avera de tipo mecnico en mquinas rotativas. Este fenmeno es debido a la distribucin no uniforme de masas sometidas a rotacin.

Medida de faseLa fase es un parmetro ntimamente relacionado con la vibracin, ya que aparece en la realizacin de los equilibrados, la deteccin de resonancias y en el diagnstico de averas. Definiremos el concepto de fase de dos formas diferentes para una mejor comprensin: Es el tiempo de adelanto o retraso que tiene una onda vibratoria respecto a otra de igual perodo o con respecto a una marca de referencia. La frecuencia de ambas ondas vibratorias y de la marca de referencia han de ser iguales. Fsicamente, la fase es el movimiento relativo que tiene un punto de la mquina con respecto a otro.La aplicacin prctica de las lecturas de fase en el diagnstico de averas est en la diferenciacin de problemas mecnicos que se manifiestan espectralmente de la misma forma, como son: el desequilibrio, la excentricidad, el eje deformado, la desalineacin, las holguras, la falta de rigidez en la bancada y la resonancia armnica. Veamos diferentes tecnologas aplicables a la medida de fase. Pulso tacomtrico Para realizar lecturas de fase utilizando un pulso tacomtrico es necesario lo siguiente: un analizador monocanal con entrada TTL y con filtro, un sensor de vibracin, un pulso tacomtrico generado por un fototaco o un taco magntico y una marca de referencia, que para el primer caso ser una cinta reflectante y para el segundo un chavetero. Para la realizacin de la medida se coloca el sensor en el punto que se desea analizar y se orienta el tacmetro hacia la cinta reflectante para obtener el pulso tacomtrico. La salida del tacmetro se conecta a la entrada TTL del analizador y el sensor a su entrada de vibracin. La seal TTL determina la frecuencia que se desea filtrar y el usuario determina el ancho de la banda de frecuencia a travs del analizador. El analizador presentar en pantalla directamente el posicionamiento del mximo de vibracin de la seal filtrada con respecto a la marca de referencia.El grfico de la Figura 34 permite interpretar claramente el clculo de la fase realizado en el analizador monocanal. El clculo es una simple regla de tres que da como resultado la siguiente ecuacin: La ventaja ms destacable del tacmetro de infrarrojos o luz visible es la fiabilidad, la repetibilidad y la rapidez en la realizacin de las lecturas siendo el principal inconveniente la necesidad de parar la mquina para la colocacin de la cinta refIectante. Este es un inconveniente que no presentan los tacmetros magnticos.

Figura 34: Clculo de la fase con marca de referencia.

Lmpara estroboscpica Las lecturas de fase con lmpara estrobocpica se pueden realizar mediante dos tcnicas. La primera es totalmente anloga a la del pulso tacomtrico, en este caso la lmpara acta como un generador de pulso a la frecuencia que desea el usuario, normalmente la velocidad de giro del eje. La lmpara dispone de una salida que enva el pulso TTL al analizador. Para que el pulso se genere siempre en el mismo instante de cada giro del eje, ha de congelarse la imagen del eje siempre en la misma posicin. Para congelar la imagen siempre en la misma posicin hay que fijarse en marcas claras del eje o en la chaveta y mantener el eje en la misma posicin a lo largo de todas las mediciones de fase. El valor de la lectura de fase aparecer en la pantalla del analizador al igual que ocurre con el pulso tacomtrico. La segunda tcnica de lectura de fase no presenta la lectura de fase en el analizador, sino que se visualiza segn la posicin del eje al congelarlo la lmpara estroboscpica, en este caso la lmpara no enva ningn tipo de seal al analizador. La cadena es la siguiente, el analizador filtra la seal del sensor a la frecuencia fijada por el usuario, cada vez que el analizador detecta el mximo de vibracin enva una seal a la lmpara para que emita un destello. Estos destellos tienen la frecuencia de giro del eje, por lo que el eje se observa congelado. Tomando como referencia un punto fijo, se mide la fase como el posicionamiento de una marca de eje con respecto a la referencia fija. La ventaja de la lmpara es que no hay necesidad de parar la mquina para colocar la cinta reflectante sobre el eje y el inconveniente es que se requiere mayor tiempo y es menos precisa la lectura que la realizada con el fototaco.Analizador multicanalLas medidas con analizadores multicanales (dos canales como mnimo) consisten en realizar al menos dos lecturas de vibracin con dos sensores simultneamente y, comparar sus ondas en el tiempo. De la comparacin se deducir la fase de una de las medidas con respecto a la otra. Fijando un sensor en uno de los puntos del sistema y colocando otro sensor en los puntos de inters podemos realizar lecturas de fase relativas al sensor fijo. La principal ventaja de este mtodo, adems de su rapidez, es que no requiere la utilizacin de fototaco o de lmpara estroboscpica. Esta tcnica suele utilizarse para anlisis ODS (simulacin de la deformacin en funcionamiento) y anlisis modal.

Causas de desequilibrioUna mquina rotativa est desequilibrada cuando el centro de gravedad o centro de masas del rotor no coincide con su centro de rotacin o centro geomtrico. Esto origina una fuerza centrfuga que (como se puede ver en la Figura 35) parte desde el centro de rotacin en direccin radial y gira sncronamente con el eje generando una vibracin excesiva.Entre las caractersticas principales del desequilibrio podemos destacar las siguientes: La amplitud de la vibracin es directamente proporcional a la cantidad de desequilibrio. La variacin en el desequilibrio originar una variacin en el ngulo de fase. La suma vectorial de todos los pesos situados en un mismo plano es igual a un nico desequilibrio. La cantidad de desequilibrio se puede medir en peso y distancia desde el centro del rotor al peso (gramos x cm). Un aumento del peso de desequilibrio o del radio originar un aumento directamente proporcional a la cantidad de desequilibrio donde: m = masa de desequilibrio d = radio de desequilibrio w = velocidad angular

Las fuentes de desequilibrio pueden tener origen y naturalezas muy diferentes como pueden ser las siguientes: Aglomeracin desigual de polvo en los rotores de un ventilador. Erosin y corrosin desigual de las impulsoras de una bomba. Falta de homogeneidad en partes coladas, como burbujas, agujeros de soplado, y partes porosas. Excentricidad del rotor. Distribucin desigual en las barras de rotor de motores elctricos o en el bobinado. Flexin de rodillos, especialmente en mquinas de papel. Pesos de equilibrado que faltan. Eje flexionado. Excentricidad.

Figura 35: Fuerza centrfuga en desequilibrio.

Tipos de desequilibrioDesequilibrio en un nico planoTambin se conoce como desequilibrio esttico y es, normalmente, el problema ms fcil de diagnosticar. Producido generalmente por desgaste radial superficial no uniforme en rotores en los cuales su largo es despreciable en comparacin con su dimetro. La causa es una fuerza centrfuga que provoca un desplazamiento del eje de giro en la direccin radial. En ausencia de otros problemas, el desequilibrio genera una forma de onda sinusoidal pura y, por lo tanto, el espectro presenta vibracin dominante con una frecuencia igual a 1x RPM del rotor.Para corregir el problema se recomienda equilibrar el rotor en un slo plano (en el centro de gravedad del rotor) con la masa adecuada y en la posicin angular calculada con un equipo de equilibrado. Sntomas: Vibracin radial en 1x RPM. Diferencia de fase entre la direccin horizontal y vertical de un rodamiento de aproximadamente 90, permitiendo una variacin aceptable de 30. No existen diferencias de fase significativas en las lecturas de fase entre ambos lados del eje en las direcciones radiales.

Figura 36: Desequilibrio en un nico plano.

Desequilibrio en dos planosEl origen del desequilibrio no es una fuerza, sino un par de fuerzas. Es decir, dos fuerzas de igual magnitud y de sentidos contrarios. El desequilibrio dinmico se da en rotores medianos y largos. Es debido principalmente a desgastes radiales y axiales simultneos en la superficie del rotor. El espectro presenta vibracin dominante y vaivn simultneo a frecuencia igual a 1x RPM del rotor.Para corregir el problema se recomienda equilibrar el rotor en dos planos con las masas adecuadas y en las posiciones angulares calculadas con un equipo de equilibrado. Sntomas: Vibracin radial en 1x RPM. Diferencia de fase entre la direccin horizontal y vertical de un rodamiento de aproximadamente 90, permitiendo una variacin aceptable de 30. La lectura de fase radial nos indicar que ambos lados del eje tienen un desfase de 180.

Figura 37: Desequilibrio en dos planos.

Rotor en voladizoOcurre en rotores que se encuentran en el extremo de un eje. Es producido por desgaste en la superficie del rotor y doblamiento del eje. El espectro presenta vibracin dominante en 1x RPM del rotor, muy notoria en direccin axial y radial. Para corregir el problema, primero debe verificarse que el rotor no tenga excentricidad y que el eje no est doblado, luego debe realizarse el equilibrado adecuado.Sntomas: Vibracin radial en 1x RPM. Vibracin axial en 1x RPM. Diferencia de fase entre la direccin horizontal y vertical de un rodamiento de aproximadamente 90, permitiendo una variacin aceptable de 30. Lecturas de fase axial entre los rodamientos normalmente en fase. Las medidas de fase en direccin radial entre los rodamientos podran estar desfasados.

Figura 38: Desequilibrio de rotor en voladizo.

DescripcinEl desequilibrio se produce en los ejes rotativos cuando el centro de giro y el centro de masas no coinciden. La fuerza centrifuga excitadora que se genera es proporcional al cuadrado de la velocidad de giro del eje. Por lo tanto, a mayor velocidad de giro, mejor deber ser el equilibrado del rotor.

SntomasValor global Aumento de la vibracin en su valor global.

Espectro Pico en 1x RPM, nivel de ruido espectral bajo.

FaseValor de fase estable, cambio de fase de 90 cuando se desplaza la posicin del sensor 90.

Forma de ondaSe llega a apreciar una onda senoidal.

Severidad Depende de la mquina, pero en general los valores de alarma oscilan entre 3 y 8 mm/s.

Medicin En una mquina en la que aparece un problema de desequilibrio encontraremos un aumento de la amplitud de vibracin en las medidas radiales, mientras que las medidas de vibracin axial pueden permanecer bajas. En mquinas con rotor en voladizo tambin encontraremos un aumento de la amplitud de la vibracin en las medidas axiales.

Deteccin La deteccin del desequilibrio se realiza mediante la configuracin de una banda frecuencial de 0,8x a 1,2x RPM. El seguimiento de los valores medidos en esta banda nos da el primer sntoma de que la mquina puede sufrir un desequilibrio.

Correccin El desequilibrio se corrige con una compensacin de masa en el punto adecuado. Con un analizador de vibraciones se puede localizar el peso y el ngulo para colocar esta masa de compensacin.

Tabla 8: Diagnstico del desequilibrio.

http://sinais.es/Recursos/Curso-vibraciones/desequilibrio/tipos_desequilibrio.html

JUSTIFICACIN El desbalanceo constituye la causa numero uno de vibracin en maquinaria rotativa. Esto implica necesariamente, que los rodamientos estn sometidos a cargas dinmicas adicionales, las cuales, en promedio, reducen la vida til de estos ltimos a una octava parte. Otros componentes de maquina tales como ejes, acoples, y bases de soporte, son sometidos a condiciones de fatiga mucho ms severas.

Este es un programa de entrenamiento tendiente a fortalecer las destrezas en la deteccin del Desbalanceo, y principalmente su Solucin mediante el Balanceo Dinmico tanto en sitio como en taller, aportando para cada caso los criterios de evaluacin y de aceptacin.OBJETIVOS A CUMPLIR Balancear rotores por mtodos dinmicos, en sitio.

Establecer los criterios de aceptacin para rotores balanceados, externamente, en talleres de reparacin.

Comprobar de forma prctica los conceptos y criterios expuestos.

Contenido del Curso Balanceo Dinmico de Rotores (BDRI) Recuento de Conceptos Bsicos: Amplitud, Periodo, Fase, Frecuencia, Espectro, Forma de Onda, Seal Demodulada, Frecuencias Caractersticas en maquinaria.

Medicin de la Fase: Se tratar en detalle el concepto de la Fase dentro del comportamiento vibratorio de una maquina o sistema. Se explicaran las formas de capturar este parmetro: Lmpara Estroboscpica, Sensor de Proximidad, Celda Fotoelctrica, Sensor Lser, y su aplicacin particular para el Balanceo de Rotores.

Identificacin del Desbalanceo: Se exponen las diferentes formas en que puede manifestarse el Desbalanceo en diferentes tipos de rotores.

Criterios de Evaluacin: Se expondrn diferentes cartas y su correlacin con las normas ISO, establecidas para evaluar el desbalanceo residual de un rotor.

Mtodos de Solucin: 1) Balanceo Esttico: Una resea sobre las formas de mejorar el equilibrio de un rotor, de forma esttica. Aplicacin prctica.

Mtodos de Solucin: 2) Balanceo Dinmico, Sin Fase: Se exponen las situaciones donde es viable o necesario aplicar este procedimiento.

Mtodos de Solucin: 3) Balanceo Dinmico, Mtodo Vectorial: Apoyndose en la medicin de la Fase, y aplicando carta grfica. Esta es la base conceptual para la aplicacin de Programas instalados en algunos equipos para medicin de vibraciones. Se explicar el mtodo de los Coeficientes de Influencia.

Mtodos de Solucin: 4) Balanceo Dinmico, Programa Computarizado: Aplicacin de los programas para la solucin y registro de los trabajos de Balanceo en uno y dos planos. Funciones de compensacin, rotores asimtricos, reparticin de pesos, totalizacin de pesos, registro de Coeficientes de Influencia para lograr Balanceos rpidos. Aplicacin para rotores en voladizo.

Resonancia y Desbalanceo: La importancia de identificar las frecuencias naturales, cercanas a frecuencias operativas, y decidir si es recomendable o no modificar las estructuras antes de balancear.

Seccin Prctica: Se realizar trabajo de campo, con rotores reales, identificando el desbalanceo, y aplicando los mtodos de solucin.

http://www.analizar-rbm.com/capacitacion2.html