Calcular la fuerza de desbalanceo
Una masa excentrica , girando como una piedra atada a un cordón generará una fuerza centrífuga en su pivote central a la frecuencia de una vez la velocidad de revolución. La dirección de esta fuerza es radialmente hacia afuera, y su magnitud se calcúla con la fórmula siguiente:
donde F = la fuerza de desbalanceo
Im = la masa
y r = la distancia del pivot.
De este se puede ver que la fuerza en el pivote está proporcional a la distancia desde el centro de rotación, y al cuadrado de la velocidad.
Un rotor que tiene un punto pesado no es equivalente a la piedra con la cuerda. En el caso de la piedra, el centro de gravedad del sistema es el centro de la piedra misma, y el centro de gravedad de un rotor desbalanceado está a fuera de la masa desbalanceada, y está cerca del eje de rotación del rotor.
Si la estructura que mantiene los rodamientos en un sistema de esta naturaleza es infinitamente rígida, el centro de rotación no se podrá mover y la fuerza centrífuga que resulta de la masa desbalanceada se puede encontrar con la fórmula mencionada arriba. Esta fuerza está soportada por los rodamientos.
Consideramos ahora una máquina hipotética en la que los rodamientos no son soportados de manera rígida, pero son suspendidos con resortes.
Bajo estas condiciones la línea central de la flecha no está limitada en movimiento y el rotor girará alrededor de su centro de gravedad. La fuerza 1x en los rodamientos sera muy leve, porque nadamas es necesaria para acelerar los rodamientos hasta la amplitud mencionada arriba. La amplitud doble de la vibración de los rodamientos sera igual a dos veces la distancia entre el centro de gravedad y la línea central del rotor lo que es más, la amplitud de la vibración de rodamientos es constante sin tomar en cuenta la velocidad del rotor, siempre y cuando la velocidad sea más alta que la frecuencia natural del sistema resorte-rotor. Aqui se ve que la amplitud de la vibración no tiene nada que ver con la fórmula de la fuerza centrífuga que mencionamos arriba.
A velocidades que están muy abajo de la frecuencia natural, se dice que el sistema esta "controlado por resortes" y la fórmula de la fuerza centrìfuga es válidaLas velocidades arriba de la frecuencia natural estan en el área " controlado por masa", donde la amplitud es constante, y las fuerzas de rodamiento no son tan facilmente predecibles, ya que dependen de la masa equivalente del rodamiento y de los resortes.
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El desbalanceo a veces está llamado falta de balance |
Las máquinas estan sujetas a varias condiciones de desbalanceo, las más importantes se llaman estáticas y dinámicas. El desbalanceo estático es un estado donde el centro de rotación de un rotor no corresponde a su centro de masa o en otras palabras, su centro de gravedad no está ubicado en su eje de rotación. Esto resultá en una fuerza centrífuga, que se aplica en el rodamiento a la frecuencia 1x. Esta fuerza 1x es proporcional al cuadrado de la velocidad del rotor, lo que quiere decir que máquinas de alta velocidad requieren un balanceo con mucha más precisión que máquinas de baja velocidad. |
Las fuerzas de desbalanceo en maquinaria producirán vibraciones en los rodamientos, donde los componentes radiales y tangenciales 1x son 90 grados fuera de fase. El ángulo de fase actual depende de las mobilidades mecánicas relativas de la estructura en dos direcciones de medición. En la práctica, se encuentra una fase de 60 a 120 grados.
El tipo de desbalanceo más sencillo es equivalente a un punto pesado en un punto único del rotor. Esto se llama un desbalanceo estático ya que se podrá ver aunque el rotor no está girando. Si se coloca el rotor en una arista de presión nivelada, el punto pesado siempre buscará la posición más baja. Otra forma más compleja de desbalanceo, llamada desbalanceo dinámico es muy común y lo examinaremos a continuación.
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Cuando se hace el diagnóstico de una máquina con desbalanceo, es importante descartar la desalineación ya que es una perdida de tiempo intentar de balancear una máquina desalineada.
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El desbalanceo estático resulta en fuerzas 1x en los dos rodamientos de soporte del rotor, y las fuerzas en ambos rodamientos siempre están en la misma dirección Se dicen que sus señales de vibración son en fase una con otra. Un desbalanceo estático puro, producirá un fuerte pico 1x en el espectro de vibraciones y su amplitud será proporcional a la gravedad del desbalanceo y al cuadrado de las RPM. Los niveles relativos de la vibración 1x en los rodamientos dependen de la ubicación del punto pesado en el rotor. |
Desbalanceo estático
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