EL Balanceo de Campo

EL Balanceo de CampoA veces es simplemente un Juego de azarPor Victor Wowk, P.E.Cuando enseo seminarios sobre balanceo, he notado un problema comn que los tcnicos de balanceo con cierta experiencia tienen. El problema es, y cito, "el balanceo no siempre funciona". Una descripcin ms exacta de su queja es que los resultados son variables. Es posible que haya una mejora parcial, pero insuficiente para ser aceptable. En casos extremos, no hay convergencia a una mquina que trabaje uniformemente, y la vibracin en velocidad operacional llega a ser peor con cada vez que se le coloca peso. Si esto suena familiar, siga leyendo. Hay razones vlidas para resultados variables de balanceo que no tienen nada que ver con instrumentos defectuosos ni con inexperiencia. Las razones pueden ser clasificadas en dos amplias categoras:1. El Sistema Fsico2. Los Mtodos escogidosAsumir, para el resto de esta discusin, que los instrumentos de balanceo funcionan bien, y el tcnico sigue los procedimientos apropiadamente.El Sistema FsicoEl balanceo en el taller sobre una maquina de balanceo tiene generalmente resultados ms consistente. Esto es porque es una situacin mucho ms controlada. El rotor produce slo el movimiento medido, in-modificado por la estructura circundante (es decir, la carcasa y el; soporte de los cojinetes), y la respuesta de la mquina balanceada al desbalance del rotor son conocidos y calibrados. Estas condiciones estables y conocidas no existen en el balanceo de campo, donde cada mquina de rotacin es una configuracin diferente, con cojinetes diferentes, diferente rigidez de los soportes, y quizs, algunos defectos que preexisten en el resto de la mquina. Estos defectos que preexisten podran ser cualquier nmero de lo Siguiente: Desgaste de cojinete Eje doblado u otra distorsin Holgura Desalineacin Excentricidad Fuerzas Alternativas Resonancia InestabilidadLos elementos rodantes desgastados de los cojinetes son caracterizados por lecturas inestables de amplitud y fase, porque los cojinetes no pueden repetir la posicin del eje en cada rotacin. Adems, los cojinetes sern ruidosos. El desbalance bruto puede ser corregido hasta cierto punto, pero nosotros no podemos balancear solamente que el de precisin en los cojinetes. Una prueba de elevacin con un indicador de esfera puede medir el espacio libre radial y medir la cantidad de desgaste. La manera de tratar con cojinetes usados es de aconsejar al propietario de la mquina, permitiendo que l/ella decida cmo continuar, que pudiera ser:1. Hoy intenta hacerlo lo mejor que puedas.2. Reemplaza los cojinetes y te llamare cuando ests listo para continuar el balanceo.3. Pida que usted reemplace los cojinetes.Tenga en cuenta que la amplitud de RPM 1x y la fase tambin pueden vagar si el anillo interior tiene el espesor no uniforme, el anillo exterior gira en la carcasa, o a una mquina prxima (cerca de la misma velocidad) y esto contribuye a alguna energa vibratoria.Un eje doblado se ve igual que un desbalance con una alta amplitud de 1x RPM de vibracin. Desafortunadamente, esta condicin generalmente no puede ser corregida por pesas. Puede ser corregido si las pesas son colocadas en el plano axial donde la curva es ms grande. Esto requiere generalmente un peso excepcionalmente grande de correccin y trabaja bien slo en una sola velocidad. La manera de tratar con un eje doblado es de reconocer primero que el balanceo no produce resultados buenos lo bastante rpido. Entonces pare la mquina y mida el descentramiento del eje con un indicador de esfera en varios lugares. El descentramiento aceptable es de menos de 0.001 de pulgada de la lectura total del indicador (T.I.R.). Cundo un eje doblado es confirmado, entonces se aconseja al propietario que pueden ordenar un nuevo eje. Mientras tanto, el eje doblado pegar en los cojinetes. Se asume que no existe holgura al comienzo de los procedimientos del balanceo. Todo debe ser apretado de lo que se supone debe de ir apretado. Si no, saque las llaves inglesas. La holgura se manifestar como vibracin alta de amplitud en RPM, 1x RPM, 1 RPM, 2x RPM, 2 RPM, etc. Es una cuerda de harmnicos y medios harmnicos que es fcilmente detectable con un analizador de espectro. La desalineacin del eje crea una cuerda de harmnicos, adems de alguna amplitud de componente a 1x RPM. Este componente debido a la desalineacin no puede ser quitado por balanceo de masa, pero todava peor, har la medida de amplitud de 1x RPM inexacta. Esto har el clculo de las pesas de balanceo inexacto porque las lecturas de entrada estn equivocadas. Iniciamos mal, y se pondr peor a partir de all. La nica manera de verificar una buena alineacin del eje es la de columpiar un conjunto de lecturas con una instalacin fija conectada a los ejes. Si el balanceo no trabaja bien, y la alineacin del eje es dudosa, entonces la cosa apropiada por hacer es de parar el balanceo intil, alinee los ejes, entonces contine con el balanceo despus. Las poleas excntricas, los engranajes, las ruedas de espigas, y las ruedas producirn un pulso fuerte de 1x Rpm cada vez que el torque es transmitido sobre el punto ms alto. Esto se ve igual que el desbalanceo, pero no tiene esperanza de correccin con pesas. Este otra vez, es diagnosticado mejor con indicadores de esfera y corregido reemplazando la parte defectuosa. Para el tcnico de balanceo, su responsabilidad termina cuando esta condicin es reconocida y es informada al propietario de la mquina. Debemos dejar de quemar el dinero del balanceo en cuanto olemos el humo!

Figura 1 Todos los algoritmos de vector de balanceo asumen que la amplitud total de la vibracin de 1x RPM es debido a desbalanceo o nada ms. La amplitud total es utilizada en clculos. Todas las mquinas reciprocantes producen un pulso fuerte en 1x RPM de fuerzas de presin de gas, eso slo puede ser compensado parcialmente por pesas de equilibrio de cigeal. An as, las maquinas multi-cilindro (motores, compresores y bombas) pueden ser balanceadas por masa a menos de 1.0-mil pico a pico de amplitud si no existe ningn otro defecto operacional, como flujo pobre de combustible, vlvulas pegajosas, combustin incompleta, o anillos con fugas. Ya que este tipo de maquinaria no siempre mantienen una velocidad constante, se debe de utilizar un filtro de rastreo para adquirir datos vlidos de fase, o utilizar el mtodo de balanceo de ningn-fase.

Figura 2 - Poleas electrnicasLa resonancia es una debilidad estructural dinmica que confunde realmente la tarea de balanceo por dos razonesla respuesta de amplitud es no lineal y la respuesta de fase es sumamente variable cerca de una frecuencia natural. Es un defecto estructural y el arreglo apropiado es modificar la estructura. Cualquier parte cercana puede estar resonandoel rotor mismo (entonces es llamado una velocidad crtica), los soportes de los cojinetes, un panel, la base o la cimentacin, la carcasa, o un tubo conectado. Es un defecto encubierto que el tcnico desconoce hasta que el proceso del balanceo no va biense separa con muchas pesas por todas partes alrededor de la rueda con muy poca mejora. El sujeto de resonancia podra consumir un libro entero, y cmo afecta el balanceo podra ser un captulo de 50 pginas. Los arreglos para la resonancia podran ser otro libro. Para el tcnico, es importante reconocer que esa resonancia es velocidad sensible, as que una estrategia es de escoger otra velocidad en la cual balancear. Otra estrategia es la de utilizar el mtodo de las 4-carreras sin fase, que es uno de los pocos mtodos que trabaja en o cerca de una resonancia. Otra estrategia es la de parar la mquina y hacer alguna prueba de impacto para encontrar la parte resonante y asegurarla. La mayora de los instrumentos de balanceo pueden ser utilizados para esta prueba de frecuencia-natural, si se configura apropiadamente y un mtodo sistemtico de prueba es utilizado. El punto importante es de reconocer la criatura, pare el balanceo como de costumbre, y haga algo diferente.La inestabilidad es casi tan evasiva como la resonancia, y como la resonancia, la convierte en un mal da de balanceo. Se demuestra como un cambio de paso en la vibracin. La mquina podra ser balanceada hacia abajo a 1.5 miles, entonces bruscamente saltar hasta 7.5 mils. La inestabilidad podra ser una base agrietada, un pedestal coronado de cojinete, o una expansin trmico-inducida. La mquina tiene dos condiciones fijas que pueden intercambiarse, generalmente contra algunas paradas fsicas, y friccin insuficiente para retenerla en alguna posicin intermedia. La nica solucin es encontrar el defecto y arreglarlo. Un indicio aunque; tiene generalmente algo que ver con los cojinetes, y una inspeccin de cojinete, o un reemplazo puede estar en la orden.Los Mtodos escogidosHay diez mtodos conocidos de balanceo de masa, enlistados en la tabla 1. De sos, los mtodos de influencia de coeficiente de un solo plano y el de dos planos son los que la mayora de los instrumentos de balanceo vienen pre programados. Las clases de balanceo se centran en estos dos mtodos, que es realmente slo un mtodo con matrices de diferente tamao en el clculo. El tcnico es incitado en el comienzo, en cul subrutina a seguirsolo- o el de dos-planos. El mundo del balanceo es realmente grande y hay ms elecciones, con otros que trabajan mejor que el mtodo de coeficiente de influencia (I.C.M.). MtodoInstrumentos

RequeridosPlanosVentajasDesventajas

Prueba y errormnimos, ninguno o simplemente amplitud filtradaCuantos se deseenPotencial para producir niveles finos de balanceoConsume tiempo

4 carreras sin faseAmplitud filtradauno a la vezCobertura rpida, siempre funciona, clculos grficos sencillosRequiere cuatro arranques y paradas

7 carreras sin faseAmplitud filtrada, computadoraDosCompensa el efecto transversal, cobertura rpidaRequiere 7 arranques y paradas

Un planoAmplitud filtrada mas faseUno a la vezBalanceo rpido cuando funciona, mejor para discos delgados, aplicable cuando la fase es casi igual en ambos cojinetes, clculos grficosNo puede compensar por el efecto transversal, no trabaja bien

Dos planosAmplitud filtrada mas fase, computadoraDosCompensa del efecto transversal, aplicable cuando la fase es de mas de 30 diferente en ambos cojinetes

Cople estticoAmplitud filtrada mas faseTresCalculaciones graficas usando vectores de un plano, til cuando existen 3 planosRequiere mas carreras que el mtodo de dos planos en rotores rgidos

ModalAmplitud filtrada mas faseCuantos sean necesariosPara rotores flexiblesRequiere conocimiento de modos de doblaje

Multiplano, MultivelocidadAmplitud filtrada mas fase, computadoraMuchosPara rotores flexibles, sin conocimiento previo de modos de doblado necesariosMuchas carreras, es un mtodo mecnico

Control de Tolerancia

del FabricanteHerramientas de precisin de medicinMuchosPotencialmente para maquinas mas suaves, puede hacer el balanceo de campo innecesarioCostoso

LimpiezaNingunaTodosRpido, baratoNinguna - Una limpieza siempre es recomendable para un rotor sucio

Tabla 1 - Pros y contras de los mtodos de balanceoEl mtodo del coeficiente de influencia es defectuoso en varios aspectos en situaciones aplicadas al balanceo en campo. Trabaja mejor en una mquina de balanceo con apoyos suaves, un rotor rgido, y en bajas velocidades, es decir, menos de 1,000 RPM. En el campo, con una mquina en sus propios cojinetes y energizada por una maquina impulsora, en un sistema de base y apoyode respuesta desconocida, y a alta velocidad, cualquier cosa puede pasar. El primer desperfecto con el mtodo de coeficiente de influencia es que asume la linealidad, tanto para la amplitud como para la respuesta de fase. Esto es implicado por el clculo de matriz y es una condicin previa necesaria para las matemticas para producir un peso vlido de correccin. Sabemos que el mundo no es lineal cerca de las frecuencias naturales, y la fase de respuesta enloquece. Tambin puede haber situaciones sutiles con el sistema de la base del cojinete que puede endurecer o ablandarse que hace que el sistema responda en una manera no lineal. No existe ningn gran letrero con luces de nen en la mquina que dice, "Tcnicos: tengan cuidado con el perro no lineal". Qu hacer acerca de esto? Deje las pesas de balanceo para que hagan una mejora y comience de nuevo con nuevos datos originales.

INCLUDEPICTURE "http://www.confiabilidad.net/images/el_bal4.jpg" \* MERGEFORMATINET Figura 3 - Relacin lineal entre peso y vibracin.Figura 4 - Relacin no lineal entre peso y vibracin

El segundo desperfecto mayor con el mtodo de coeficiente de influencia es que es sensible a la ubicacin del peso prueba. No debe ser, tericamente, pero es (Ver Ref. 1). Colocar el peso de prueba es como colocar una apuesta en una rueda de ruleta. Cualquier lugar es tan bueno como cualquier otro, segn cabe suponer. Es una adivinacin en donde colocar el peso de prueba (sin el conocimiento previo de la conducta de la mquina), as que usted tambin puede satisfacer su impulso de apuesta en este paso del balanceo. Usted saldr ms rico al final que si usted busca su satisfaccin en un casino. Si su apuesta fue mala, usted siempre lo puede quitar, y ponerlo en otra parte, y girar la rueda otra vez, con la prdida de tan slo un poco de tiempo.

El tercer desperfecto mayor con el mtodo de coeficiente de influencia es que requiere instrumentos caros de medida de fase y una computadora para hacer las matemticas de matriz. Los clculos de un solo plano todava se pueden hacer con grficos de vector, pero pocas personas estn todava vivas que puedan hacer clculos de vector de dos planos en papel milimtrico. De cualquier manera, Quin querra, cundo los ordenadores porttiles y calculadoras programables lo hacen tan fcilmente? La idea fundamental aqu est que todos estos instrumentos deben ser conectados apropiadamente, deben ser configurados, y trabajar como se pretende. El proceso del balanceo se mueve hacia el interior de una caja electrnica, y el tcnico pierde el "toque" con lo que sucede. l/ella est volando (balanceando) en los instrumentos y sus cabezas estn en las nubes. El instrumento de la medicin de la vibracin tomar las lecturas, buenas o malas, y la computadora escupir un clculo de correccin basado en el peso en los datos de entrada. Si es un peso bueno que reduce la vibracin depende de los datos de entrada, varias suposiciones realizadas antes, y la condicin de la matriz. Una matriz de condicin enferma es ms probable en el campo con la falta de linealidad, que en una mquina de balanceo en el taller. Qu hacer acerca de esto? Hay otros 8 mtodos de balanceo. Intente otro mtodo. En mi negocio abandonamos rpido el mtodo de coeficiente de influencia si no produce una reduccin de por lo menos 50 % en la vibracin con el primer peso de correccin. De hecho, mis tcnicos prefieren comenzar con el mtodo de 4 carreras sin fase en todos los trabajos de balanceo, y cambiar al mtodo de los 2 planos si parece a hay un desbalanceo fuerte de acoplamiento con efecto transversal. La razn, hemos encontrado por la experiencia, que el mtodo de las 4 carreras trabaja consistentemente ms a menudo que cualquier otro mtodo en el campo, adems de la limpieza. Si cualquier reduccin en la vibracin puede ser obtenida con la colocacin de peso, este mtodo lo encontrar.Un beneficio adicional al mtodo de las 4 carreras es que requiere un mnimo de instrumentos tan solo una lectura de amplitud filtrada (no se requiere fase). De hecho, en el aula en Dallas, los estudiantes han balanceado muy exitosamente con un voltmetro de AC y un sensor de velocidad. Un estudiante sac un Multmetro de su estuche de herramientas, rpidamente hicimos un cable para conectar un sensor de velocidad IRD 544, y con el este mtodo, l balanceo la mquina tan bien como con un IRD 245, e igual de rpido. Otorgado, esto es un voltaje general de AC RMS, no una lectura filtrada en 1x RPM, pero el mtodo funciono.Entonces porque los cursos de capacitacin de balanceo ensenados por los fabricantes de instrumentos muestra estos mtodos sencillos con instrumentos sencillos? La respuesta es obvia. Usted no comprara sus instrumentos caros con medidas de fase que hacen los clculos de coeficiente de influencia. Tenemos esos instrumentos caros, y los utilizamos cundo es necesario, que es aproximadamente el 15 % del tiempo. El 85 % restante de los trabajos de balanceo se pueden realizar en un solo plano. En el campo, el mtodo de las 4, tiene la tasa ms alta de xito.Un problema comn en todo lo relacionado al balanceo es no conocer, por adelantado, donde colocar las pesas por la longitud axial de la mquina. Esto es ilustrado en la Figura 5. Sera agradable tener un sistema de imgenes, como una cmara de densidad de masa (que no existe), que podramos ver el ensamble de rotacin y ver la ubicacin del lugar pesado imaginario. Entonces, por lo menos, nosotros podramos colocar el peso de prueba en el plano axial correcto. Cuando se para, colocamos generalmente el peso de prueba donde es ms conveniente colocarlo. Esto, entonces, tambin define el plano de correccin (a menos que haga transposicin de plano, que nunca se hace en el trabajo de campo). Si hubo un buen da, y el peso de prueba no estuvo demasiado lejos del punto pesado del plano, entonces el balanceo debe trabajar bien. Si mi peso de prueba no acert en este punto por una cantidad significativa, entonces el peso de prueba y lugar pesado crean una pareja desbalanceada. Esto requerira del balanceo de dos planos para reparar en un rotor rgido. En un rotor flexible, el mundo se vuelve un lugar considerablemente ms complicado. El punto con esta discusin es que nosotros no tenemos manera de saber donde el lugar pesado verdadero est en un rotor largo. Podemos adivinar, basados en lo que vemos, que es probablemente en un plano que tiene ms masa, pero si hay varios planos de carga de masa, entonces cul? Despus que se termina el balanceo, y tiene xito, entonces podemos mirar las pesas de correccin y ver donde son distribuidas para proponer una estimacin del plano pesado del lugar "despus de hecho". El problema con todo el balanceo es que no se nos permite este conocimiento de antemano, y esto podra ser una razn por qu el balanceo no funciona.As que con todos estos obstculos para el balanceo de campo, por qu siquiera lo intentamos? La respuesta es que trabaja bien en ms del 50 % del tiempo. El balanceo es una alegra para m porque proporciona satisfaccin laboral inmediata. Disfruto del balanceo ms que de cualquier otro proceso para corregir la vibracin en las mquinas. Me lleva a lugares interesantes. Este artculo est pensado para proporcionarle con conocimiento para manejar a esos alborotadores ocasionales. Mantenga una serie de mtodos de balanceo en su caja de herramientas y escoja un mtodo apropiado basado en lo que usted observa. No tenga miedo para admitir fracaso con un mtodo inicial, abandnelo, y contine con otro mtodo. Nosotros necesitamos a veces cambiar 2 o 3 veces hasta que encontremos un mtodo que trabaja ese da, en esa mquina.Victor Wowk es presidente de Machine Dynamics, Inc., con cede en Albuquerque, Nuevo Mxico, EEUU. El es el autor de "Machine Vibration: Balancing", publicado en 1995 por McGraw-Hill. El ensea un seminario de dos das de balanceo en marzo todos los aos en Phoenix. El calendario es anunciado en www.machinedyn.com.Ref. 1 Whats Wrong With My Balancing Instrument? by Victor Wowk, P/PM Technology, August 1997Ref. 2 A Management Guild to Balancing, by Victor Wowk, Maintenance Technology, June 1998Ref. 3 The Trouble With Balancing, by Victor Wowk, Energy Tech, June 2005 (Part 1) and August 2005 (Part 2)