Balanceo De Motores Reciprocantes

Balanceo de Masas Reciprocantes

El desbalance es la causa más común de altas vibraciones en las máquinas rotativas. El mismo es una condición donde el centro de masas no coincide con el centro de rotación.

El balanceo es el proceso mediante el cual se averigua la cantidad y la posición del punto pesado, de manera que sea entonces posible agregar un peso igual del lado opuesto o quitar el peso en el punto pesado. Sabemos que a mayor cantidad de desbalance mayor será la fuerza generada y por ende la amplitud de vibración.

Es decir el proceso de medir las vibraciones de una máquina y añadir o sustraer masa al rotor para disminuir su nivel de vibraciones hasta un rango aceptable de acuerdo con normas establecidas.

La cantidad de vibración es proporcional a la cantidad de desbalance.

METODO DE BALANCEO O EQUILIBRIO DE FUERZAS.

Considérese el principio de la cantidad de movimiento lineal, el cual es la segunda ley de newton del movimiento. El planteamiento del equilibrio dinámico dado por la ecuación se formula de la siguiente manera:

F – p = 0

Donde F es el vector de fuerza externa neta que actúa en el sistema, p es la cantidad de movimiento lineal absoluto del sistema considerado; el punto sobre p indica la derivada con respecto al tiempo. En el caso de un sistema de masa constante m cuyo centro de masa se desplaza con una aceleración absoluta α, la razón de cambio de la cantidad de movimiento lineal p= ma y se genera la ecuación:

F – ma = 0

El termino –ma se denomina como fuerza de inercia. La interpretación de la ecuación anterior es que la suma de las fuerzas externas y de inercia que actúan sobre el sistema es cero; es decir, el sistema está en equilibrio bajo la acción de fuerzas externas de inercia.

METODOS PARA EL BALANCEO DE MOMENTOS

En el caso de los sistemas de un solo grado de libertad que están sujetos a movimientos de rotación, como el sistema que se ilustra en la figura, el método para balanceo de momentos es útil para deducir la ecuación rectora. Una flecha con rigidez torsional kt esta conectada a un disco con inercia rotatoria JG con respecto al eje de rotación, el cual esta dirigido en la dirección k. Un momento externo M(t) actúa en el disco, que esta sumergido en aceite en una caja. Por medio de la variable θ se describe la rotación del disco; además, la inercia rotatoria de la flecha es de insignificante en comparación con la del disco.

El principio de la cantidad de movimiento angular que se aplica con el fin de obtener la ecuación rectora del movimiento del disco. Primero se calcula la cantidad de movimiento angular H del disco. Como el disco es un cuerpo rígido que esta sometido a rotación en el plano se expresa la cantidad de movimiento angular con respecto al centroide como:

H = JG θk

Por consiguiente, con la inercia rotatoria JG y el vector unitario k no cambian con el tiempo y la ecuación se puede escribir de nuevo como:

M - JG θk= 0

Donde M es el momento total de externo que actúa sobre el disco libre. Con base en el diagrama del cuerpo libre que se muestra en la figura, el cual comprende también el momento de inercia - JG θk, la ecuación rectora del movimiento es

M (t) k - ktθk - Ct dθ/dt k - JG (d^2 θ)/(dt^2 ) k=0

FIG.7 A) UN DISCO SOMETIDO A MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN, Y B) DIAGRAMA DEL CUERPO LIBRE DE ESTE DISCO EN EL PLANO NORMAL AL EJE DE ROTACIÓN.

Como se mencionó el balanceo es el proceso mediante el cual se averigua la cantidad y la posición del punto pesado, de manera que sea entonces posible agregar un peso igual del lado opuesto o quitar el peso en el punto pesado. Sabemos que a mayor cantidad de desbalance mayor será la fuerza generada y por ende la amplitud de vibración.

PREPARACIONES PARA EL BALANCEO.

Antes de comenzar un procedimiento de balanceo hay que considerar cuidadosamente una multitud de detalles. Muchos de estos están relacionados con la necesidad de averiguar si el balanceo es realmente necesario; otros brindan la oportunidad de anticipar la necesidad de cierta información antes de comenzar el proceso mismo de balanceo.

1.-Se debe analizar cuidadosamente la vibración para cerciorarse de que el problema sea realmente debido a desbalance. Aunque el balanceo sea un proceso importante para disminuir la vibración de una maquina, alargando su vida útil y mejorando la calidad del producto, no hay que suponer automáticamente que un balanceo servirá para solucionar todos los problemas de vibración.

2.-Se debe inspeccionar con atención la maquina para encontrar señales evidentes de daños, tales como figuración del motor o del eje, y para cerciorarse de que todos los pernos de fijación estén apretados como se debe.

3.-Controlar el rotor de la maquinaria para ver si hay acumulación de suciedad u otros depósitos de materias extrañas. Aunque es posible balancear y anular los efectos de dichos depósitos, los beneficios serán tan solo temporales, puesto que la cantidad de dichos depósitos puede cambiar un periodo realmente breve.

El balanceo de masas reciprocantes se realiza haciendo correcciones con pesos, de prueba y permanentes, pueden hacerse también soldados con cualquier tipo de soldadura y también colocando pernos en perforaciones roscadas o agregando arandelas.

Algunos tipos de maquinas están totalmente encerrados, haciendo por lo tanto imposible el agregado de pesos; se usa entonces el anillo de balance, el cual esta dotado de perforaciones roscadas y espaciadas uniformemente alrededor de la circunferencia de la pieza para permitir añadir pernos y arandelas.

Ejemplo de un balanceo de masas reciprocantes lo podemos ver en la siguiente figura (8).

FIG.8 REPRESENTACIÓN DE BALANCEO DE MASAS RECIPROCAS.

Como se puede apreciar en el esquema anterior, en un motor de cuatro cilindros los pistones se encuentran dispuestos por pares, es decir, cuando dos de ellos están arriba, los otros dos están abajo. Esta disposición favorece el balance dinámico del motor ya que cuando las masas de dos pistones suben, otras dos masas equivalentes bajan. Cabe mencionar que todos los pistones de un motor deben pesar lo mismo y ese criterio se aplica también para las bielas. Hay

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