Desequilibrio rotatorio

Distribución desigual de la masa alrededor del eje de rotación

El desequilibrio rotatorio es la distribución desigual de la masa alrededor de un eje de rotación. Se dice que una masa rotatoria, o rotor , está desequilibrada cuando su centro de masa (eje de inercia) está desalineado con respecto al centro de rotación (eje geométrico). El desequilibrio provoca un momento que le da al rotor un movimiento de tambaleo característico de la vibración de las estructuras rotatorias.

Causas del desequilibrio

Los procesos rutinarios de fabricación pueden causar tensión en los componentes metálicos. Sin alivio de tensión, el rotor se deformará para ajustarse.: La distorsión térmica ocurre a menudo con piezas expuestas a temperaturas más altas. Los metales pueden expandirse cuando están en contacto con el calor, por lo que la exposición a temperaturas más cálidas puede hacer que toda la pieza de maquinaria se expanda, o solo ciertas partes, causando distorsión.: Las piezas giratorias involucradas en la manipulación de materiales casi siempre acumulan suciedad. Además, cuando se exponen al aceite, estas piezas pueden deformarse muy fácilmente. Si no se adhiere a una rutina de mantenimiento o se implementa un proceso de inspección, el aceite puede filtrarse en las piezas, causando desequilibrio. ^[1] : En algunos casos, se desea la vibración y un rotor se desequilibra deliberadamente para que sirva como vibrador . Un ejemplo de esto es el agitador de palanca de un avión .

Efectos del desequilibrio

• Vibración
• Ruido
• Disminución de la vida útil de los cojinetes
• Condiciones de trabajo inseguras
• Reducción de la vida útil de la máquina
• Mayor mantenimiento

Unidades utilizadas para expresar desequilibrio

• En términos de excentricidad de masa : μm, mm, cm, ...; μin, mil, in, ... ${\displaystyle e}$
• En términos de masa en un radio dado: μg, mg, g, kg, ...; moz, oz, ... ${\displaystyle m}$
• En términos de masa × momento de radio (mR): mg-mm, g-mm, mg-cm, g-cm, kg-mm, ...; oz-in, g-in, ...

Tipos de equilibrio

Equilibrio estático

Un equilibrio estático (a veces llamado equilibrio de fuerzas ^{[2] [3]} ) se produce cuando el eje inercial de una masa giratoria se desplaza con respecto al eje de rotación y queda paralelo a él. Los desequilibrios estáticos pueden producirse con mayor frecuencia en rotores con forma de disco porque el perfil geométrico delgado del disco permite una distribución desigual de la masa con un eje inercial que es casi paralelo al eje de rotación. Solo un plano recibe corrección de equilibrio. ^[4]

${\displaystyle U=m\times r}$

donde U = equilibrio, m = masa, r = distancia entre el desequilibrio y el centro del objeto

Equilibrio de pareja

Un equilibrio de par se produce cuando una masa giratoria tiene dos fuerzas de desequilibrio iguales que están situadas en un ángulo de 180° entre sí. Un sistema que está equilibrado estáticamente puede tener un desequilibrio de par. El desequilibrio de par se produce con frecuencia en rotores cilíndricos alargados.

${\displaystyle U=m\times r\times d}$

donde d = distancia entre las dos fuerzas de desequilibrio a lo largo del eje de rotación.

Equilibrio dinámico

En la rotación, cuando el eje de masa/inercia no se cruza con el eje del eje, se denomina equilibrio dinámico . La combinación de equilibrio estático y de par es el desequilibrio dinámico. Se produce en prácticamente todos los rotores y es el tipo de desequilibrio más común. Se puede solucionar corrigiendo el peso en al menos dos planos. ^[5]

Cómo corregir o compensar el equilibrio

• Adición de masa.
• Eliminación masiva.
• Desplazamiento de masa.
• Centrado de masa.

La medición de la vibración existente y el cálculo del cambio de masa requerido se llevan a cabo normalmente utilizando algún tipo de máquina equilibradora .

Calificaciones

La norma ISO 21940 ^[6] clasifica la vibración en términos de códigos G. Desafortunadamente, es el valor teórico asumiendo que el rotor giraba en el espacio libre, por lo que no se relaciona con las condiciones de funcionamiento reales. Los rotores del mismo tipo que tienen un valor de desequilibrio específico residual admisible e _por , varían inversamente con la velocidad del rotor.

e _por × ω = Constante,

donde ω = velocidad angular (radianes por segundo) e _per = desequilibrio específico residual admisible

Esta constante es el grado de calidad G. Los grados de equilibrio se utilizan para especificar el desequilibrio residual admisible para maquinaria rotativa. La norma ISO 1940 define los grados de equilibrio para diferentes clases de maquinaria. Un rotor equilibrado a G2.5 vibrará a 2,5 mm/s a la velocidad de funcionamiento si gira en estado suspendido sin influencias externas.

U _per = (9,54 × número G × masa)/rpm

Donde U _per = tolerancia de equilibrio (o) desequilibrio residual

Fórmulas importantes

${\displaystyle F=U\omega ^{2}}$

${\displaystyle U=mass(unbalance)r}$

${\displaystyle e={\frac {U}{m(rotor)}}}$

Donde F = fuerza debida al desequilibrio, U = desequilibrio. ω = frecuencia angular. e = desequilibrio específico. m = masa. r = distancia entre el desequilibrio y el eje de rotación del objeto.

Referencias

1. "Tres formas principales en las que un componente giratorio fabricado puede desequilibrarse | Test Devices Inc". Test Devices Inc. 2017-08-12 . Consultado el 2018-03-13 .
2. "Desequilibrio de masa y vibración máxima a una frecuencia de funcionamiento 1X". centrifugal-pump.org . Consultado el 10 de octubre de 2014 .
3. Berry, James E. (1997). Análisis I: Cómo implementar un programa eficaz de monitoreo de condiciones mediante análisis de vibraciones. Technical Associates of Charlotte, PC, págs. 6–15.
4. "Definición de equilibrio y ¿qué es el equilibrio? | Equilibrio universal". balancedservices.co.uk . Consultado el 13 de marzo de 2018 .
5. "Desequilibrio: la causa común de la vibración | IRD, LLC". www.irdproducts.com . Consultado el 13 de marzo de 2018 .
6. "ISO 21940".