Desequilibrio y sus riesgos para los activos

El desequilibrio o desbalance rotacional es la distribución desigual de la masa alrededor de un eje de rotación. Se dice que una masa giratoria, o rotor, está desequilibrada cuando su centro de masa (eje de inercia) está desalineado con el centro de rotación (eje geométrico). El desequilibrio provoca un momento que le da al rotor un movimiento oscilante característico de una vibración en estructuras giratorias.

Este problema en las máquinas y equipos es grave porque provoca daños por fatiga en sus estructuras. También provoca una carga excesiva en los cojinetes de apoyo, transmisión de vibraciones, ruido excesivo y, lo que es peor, acorta la vida útil de las piezas y componentes.

Se puede identificar de la siguiente manera:

• Grandes amplitudes de vibración/sacudidas dependiendo de la velocidad de rotación
• Cabe destacar que se detecta en el mismo sentido de dirección de la vibración, normalmente radial

De acuerdo con esta percepción, podemos entender que el mayor problema causado por el desequilibrio es la vibración excesiva en máquinas y equipos, resultado de fuerzas desequilibradas.

El desequilibrio junto con la desalineación son responsables de aproximadamente el 90% de todos los problemas/causas de vibración. Siendo considerado uno de los grandes villanos de las fallas y averías de máquinas y equipos.

Una alternativa para evitar este problema es el uso de técnicas predictivas como el análisis de vibraciones, a través de monitoreo en línea.

Tipos de desequilibrio/desbalanceamiento

A menudo escuchamos acerca de cómo corregir el desequilibrio en las máquinas rotativas, primero se debe diagnosticar el tipo de desequilibrio que está experimentando su máquina para que pueda tomar las medidas adecuadas para corregir el problema.

Los tres tipos más comunes de desequilibrio son:

Desequilibrio estático

Existe desequilibrio estático cuando el eje de masa no coincide con el eje de rotación y es paralelo a él. Esto también se puede conocer como desequilibrio en un plano. Es decir, el eje del centro de masa se desplaza paralelo al eje debido a la distribución no uniforme de la masa alrededor del eje de rotación.

Desequilibrio dinámico

Se define como aquella condición donde el eje de masa no coincide con el eje de rotación, no es paralelo a él y no lo corta. Esta condición también se conoce como desequilibrio en dos planos, siendo una combinación de estático y dinámico.

Desequilibrio conjugado

El desequilibrio conjugado está presente cuando el eje de masa no coincide con el eje de rotación en el centro de gravedad del rotor. Pero los dos se cruzan en diagonal, en el centro de gravedad del eje de rotación.

Factores que causan el desequilibrio

Este tipo de ocurrencia en equipos industriales puede tener varias causas posibles. Es importante saber identificar la causa raíz de un desequilibrio para poder tomar las acciones correctas. Aquí hay algunos factores/causas que conducen al desequilibrio:

• Error de montaje: en determinados equipos como torres de refrigeración, por ejemplo, montar las palas de la hélice en posiciones incorrectas provoca un gran desequilibrio. A esto también contribuyen los fallas de montaje con fijación inadecuada o estructuras mal niveladas.
• Tolerancias de la máquina: todos los elementos mecánicos de las piezas giratorias, si no están dentro de las tolerancias de medición permitidas, pueden causar un desgaste prematuro.
• Componentes excéntricos: puede ocurrir en la fabricación de piezas y componentes, algún elemento es excéntrico/ovalizado, lo que provocará un desequilibrio del conjunto del que formará parte al ensamblarse.
• Desgaste: el desgaste de piezas como casquillos, cojinetes, rodamientos y que no se noten pueden provocar la falla de este equipo.
• Corrosión: La corrosión hace que se pierda la masa de una pieza o componente, y esto puede causar problemas en ensambles que necesitan ser balanceados.
• Distorsión mecánica: los procesos de fabricación rutinarios pueden causar tensión en los componentes metálicos. Sin alivio de tensión, el rotor se distorsionará para ajustarse.
• Distorsión térmica: la distorsión térmica generalmente ocurre con piezas expuestas a altas temperaturas. Los metales son capaces de expandirse cuando entran en contacto con el calor, por lo que la exposición a temperaturas más altas puede hacer que toda la máquina se expanda o sólo partes de ella, causando distorsión.
• Acumulaciones y depósitos: Las piezas giratorias involucradas en el manejo de materiales casi siempre acumulan suciedad, es decir, una adición masiva. Además, cuando se exponen al aceite, estas piezas pueden deformarse muy fácilmente.
• Fundición, mecanizado y porosidad: en los procesos de fabricación pueden producirse fallos en la fundición y/o mecanizado de la pieza, como rotores de bombas centrífugas, por ejemplo, lo que dará lugar a una desigualdad de masas. Y los fallos por exceso de porosidad del material también provocarán este cambio de masa.

Efectos del desequilibrio

• Vibración;
• Ruido;
• Disminución de la vida útil de los rodamientos;
• Disminución de la vida útil de los cojinetes lisos;
• Condiciones de trabajo inseguras;
• Reducción de la vida útil de la máquina/equipo;
• Mayor incidencia de mantenimiento;
• Aumento de los costos de mantenimiento.

Equipos comunes donde puede ocurrir desequilibrio

Hablamos de los conceptos, tipos y causas más comunes de un desequilibrio, pero ¿dónde es más común este tipo de falla?

Este tipo de falla es una de las causas más comunes de vibración en equipos rotativos, especialmente en: rotores de motores eléctricos, rotores de ventiladores, rotores de sopladores, turbinas, bombas centrífugas, uniones elásticas, ruedas de vehículos, hélices de torres de refrigeración, etc.

Anticipándose a los problemas de desequilibrio

Los problemas causados ​​por desequilibrios pueden ser evidenciados con anticipación, antes de que provoquen una falla y/o avería de una máquina o equipo. Y según las posibles causas enumeradas anteriormente para este problema, podemos sugerir las siguientes iniciativas:

Inspecciones periódicas: todos los equipos que puedan verse afectados por un desequilibrio deben ser inspeccionados periódicamente. Desarrolle una lista de verificación para el uso de los sentidos e identifique las posibles causas, tales como: tornillos de sujeción flojos, suciedad excesiva, corrosión, grietas, falta de lubricación, etc.

Monitoreo de vibraciones en línea: como ya hemos identificado que el 90% de los problemas de vibraciones están directamente relacionados con el desequilibrio y la desalineación, la mejor alternativa para evitar la ocurrencia de estos problemas es utilizar la técnica predictiva de análisis de vibraciones. Esto lo hacemos identificando los equipos que son susceptibles a este problema y que son importantes para los procesos de la empresa, e implementamos el monitoreo en línea.

Los desbalances, desalineaciones y juegos mecánicos son condiciones muy comunes y de alto potencial en la generación de fallas en máquinas y equipos. Si nos fijamos detenidamente, estas son tres condiciones que siempre están asociadas de alguna manera. Y todas estas posibles condiciones de falla son altamente identificables cuando usamos las técnicas y estrategias correctas.

Actualmente, el uso de sensores IoT, como Smart Trac, surge como un medio para diagnosticar mejor la condición del activo. La tecnología TRACTIAN se basa en los conceptos de análisis de datos, aprendizaje automático y estadísticas para permitir una evaluación profunda de la salud y el comportamiento de los activos.

Los datos de vibración y temperatura comienzan a recogerse en el momento en que se coloca el sensor en la máquina, por lo que es posible analizar información sobre el comportamiento mecánico y las condiciones físicas del activo. A la menor señal de falla identificada, se generan insights para los responsables, a través de la app, evitando así el avance de fallas que derivarían en averías inesperadas, permitiendo al gestor invertir su tiempo en la planificación y paradas planificadas. A continuación se muestra un ejemplo de un desequilibrio identificado por la plataforma.

Los sensores acoplados a un activo crítico al proceso, identificaron un desequilibrio en el 1er armónico (H1), donde se excedía el límite establecido. El valor de H1 es muy alto si se compara con el promedio histórico del período. Después de la alerta, se tomó una acción preventiva y, como se muestra en la imagen, los niveles de velocidad RMS volvieron a estar por debajo del límite de la Zona crítica ISO. Descubre la nueva rutina de mantenimiento de Corteva Agriscience.

Evita que el desequilibrio tome por sorpresa a tu equipo. Hable con uno de los expertos de TRACTIAN y despeja tus dudas.