Máquinas balanceadoras: tipos, funcionamiento y cómo elegir la adecuada

La máquina balanceadora adecuada reduce las vibraciones y el desgaste, garantiza la calidad del producto y puede adaptarse al rotor, al volumen de producción y al proceso de fabricación. Hoy existen soluciones de balanceo personalizadas para prácticamente todos los sectores, desde la producción de piezas individuales hasta la producción de gran volumen totalmente automatizada.
La máquina balanceadora adecuada para usted depende de tres preguntas clave: ¿Cuál es la forma y el diseño de su rotor? ¿Qué calidad de balanceo se requiere? ¿Cuál es su volumen de producción?

• Rotores cilíndricos con sus propios muñones de eje: máquinas balanceadoras horizontales
• Rotores en forma de disco sin eje: máquinas balanceadoras verticales o estáticas
• Piezas individuales, prototipos y series pequeñas: máquinas balanceadoras universales de operación manual
• Producción de gran volumen: sistemas de balanceo semiautomáticos y totalmente automáticos
• Rotores instalados en la máquina: equipos portátiles de balanceo para balanceo en campo

Una máquina de equilibrado sostiene el rotor, mide su desequilibrio y calcula la corrección necesaria para compensarlo. Dependiendo del tipo de máquina y de la aplicación, la medición y la evaluación se realizan de diferentes maneras, por ejemplo, en función del principio de medición, el número de planos de corrección y el sistema de soporte del rotor. El objetivo es siempre el mismo: la corrección precisa del desequilibrio.

Medición del desequilibrio: ¿Cómo determina una máquina equilibradora la ubicación y la magnitud del desequilibrio?

Se pone el rotor en rotación. Los sensores detectan las vibraciones causadas por el desequilibrio, así como las fuerzas centrífugas resultantes o el desplazamiento por vibración. A partir de estas mediciones, el sistema de medición calcula cuánta masa se debe agregar o quitar en una posición angular específica en cada plano de corrección.

En las máquinas de equilibrado de operación manual, cada corrección va seguida de una prueba de verificación hasta que se alcanza la calidad de equilibrado requerida. El sistema de medición es el elemento central de este proceso. En Schenck, esto incluye los sistemas de medición de la familia CAB y la plataforma de software Schenck ONE. Estos procesan digitalmente los valores medidos, proporcionan una representación visual del desequilibrio y guían al operador a través de los pasos individuales del proceso necesarios para corregir el desequilibrio.

Equilibrado estático o dinámico: ¿Equilibrado en uno o dos planos?

El hecho de que se requieran uno o dos planos de corrección depende del tipo de desequilibrio.

• Desequilibrio estático: El desequilibrio estático ocurre cuando dos desequilibrios tienen la misma dirección y posición angular. El eje principal de inercia es paralelo al eje de rotación y está desplazado con respecto a él. Incluso cuando está estacionario, el rotor tiende a asentarse con su punto más pesado en la parte inferior. La corrección se realiza en un solo plano. En la práctica, esto suele ocurrir con rotores planos o en forma de disco.
• Desequilibrio dinámico: Este tipo de desequilibrio es particularmente común en rotores cilíndricos más largos. El eje principal de inercia está inclinado y desplazado con respecto al eje de rotación. Cuando el rotor gira, esto da lugar a un movimiento oscilante. La corrección se realiza en al menos dos planos.

Medición de fuerza o medición de desplazamiento: ¿Cuál es la diferencia entre las máquinas balanceadoras de apoyo rígido y las de apoyo flexible?

Las máquinas balanceadoras miden el desequilibrio utilizando dos principios físicos que difieren principalmente en la forma en que se apoya el rotor.

Corrección del desequilibrio: ¿Cómo se corrige el desequilibrio?

El desequilibrio se corrige añadiendo o quitando masa en la posición calculada. Entre los posibles métodos de corrección se incluyen:

- Taladrado,
- Fresado,
- Rectificado,
- Soldadura,
- Colocación de tornillos o contrapesos roscados,
- Pegado.

El método de corrección adecuado depende del rotor. Los ejes de transmisión, por ejemplo, pueden corregirse mediante taladrado y, opcionalmente, mediante soldadura en las bridas de transmisión. En el caso de los cigüeñales, el sistema de medición calcula la corrección de manera que se minimice el número de orificios necesarios. En muchos casos, basta con un solo paso de corrección. En las máquinas de equilibrado manuales, el operador realiza la corrección, mientras que en los sistemas de equilibrado automáticos, el proceso de corrección se integra directamente en el ciclo de la máquina.

La calidad de balanceo requerida depende del tipo de rotor, la masa del rotor y la velocidad máxima de operación. 
Para rotores con comportamiento rígido, la norma DIN ISO 21940-11 define los procedimientos y las tolerancias de desbalance permitidas. 
La norma utiliza grados de calidad de balanceo G, expresados en mm/s. Cuanto menor sea el valor G, menor será el desbalance residual permitido y más estricta será la tolerancia. El desbalance residual permitido para su rotor se determina a partir del grado de calidad de balanceo, la masa del rotor y la velocidad de rotación.

Como orientación, la norma proporciona valores de referencia:

• G 2.5: por ejemplo, turbinas de gas y vapor, accionamientos de máquinas herramienta y motores eléctricos medianos y grandes
• G 6.3: por ejemplo, ventiladores, bombas, poleas y volantes de inercia

Importante: en la práctica no es posible alcanzar un desbalance residual de cero. Por lo tanto, la tolerancia debe definirse en un nivel económicamente razonable, equilibrando los requisitos de calidad y costo. 
Para rotores flexibles, como grandes turbinas y generadores, este enfoque por sí solo no es suficiente. A diferencia de los rotores rígidos, los rotores flexibles pueden cambiar de forma debido a la flexión dentro del rango de velocidades de operación, lo que también puede modificar los valores de desbalance medidos.

El punto de partida suele ser la tarea específica de balanceo. La geometría del rotor, el peso, la velocidad, el volumen de producción y el entorno de fabricación determinan qué solución de balanceo es la más adecuada. La siguiente descripción general relaciona los tipos de rotor habituales con la solución de balanceo correspondiente.

Las aplicaciones aeroespaciales están sujetas a requisitos específicos. Las máquinas de equilibrado horizontal de Schenck para estas aplicaciones cumplen con la norma SAE ARP 4048. Los sistemas de pesaje de momentos complementan la gama de productos y ayudan a optimizar la distribución de las palas en el rotor.