Equilibrado Dinámico de Rotores Pequeños: Funcionamiento y Calibración de la Máquina de Cuna Pivotada
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Funcionamiento y Calibración de la Máquina de Cuna Pivotada para Equilibrado Dinámico de Rotores
La máquina de cuna pivotada es un dispositivo utilizado para el equilibrado dinámico de rotores pequeños. Consta de un bastidor o cuna donde se coloca el rotor, accionado por un motor. Este bastidor se conecta al suelo mediante un resorte y un amortiguador en cada extremo. Además, la cuna puede inmovilizarse (tanto vertical como horizontalmente) a través de pivotes al suelo (pivotes móviles).
Principio de Funcionamiento
Al sujetar la cuna por el pivote B, el conjunto se comporta como un sistema de 1 grado de libertad (GDL), pivotando alrededor de B. El sistema presenta amortiguamiento (c) y rigidez (k), y es excitado por la fuerza desequilibrada del rotor (considerada en el plano A). Un proceso similar ocurre al bloquear el pivote A.
Unos acelerómetros o sensores de desplazamiento, ubicados en los extremos de la cuna, registran los máximos desplazamientos verticales. Una luz estroboscópica, sincronizada con la velocidad del rotor, permite visualizar la posición del rotor durante el movimiento. Esta luz ilumina un disco graduado en grados, solidario al rotor (el estroboscopio se activa por el acelerómetro al detectar la máxima amplitud de vibración).
El funcionamiento se basa en dos principios fundamentales de los sistemas vibrantes de 1 GDL:
- La amplitud de vibración es máxima cuando la frecuencia de excitación (ωe) coincide con la frecuencia natural (ωn) del sistema (resonancia).
- En resonancia, el ángulo de desfase entre la fuerza (generada por el desequilibrio del rotor) y el desplazamiento (medido por el sensor) es de π/2 radianes (90 grados).
Procedimiento de Medición
Con el pivote B bloqueado, se acelera el rotor hasta una velocidad ωe superior a la crítica. Luego, se reduce lentamente ωe. El acelerómetro A detectará la máxima amplitud cuando ωe = ωn. En este punto:
- La amplitud es proporcional a la magnitud del desequilibrio en el plano A.
- El ángulo de desfase es de π/2.
La posición del "punto pesado" se determina en el disco graduado, a partir de una referencia preestablecida.
Interpretación de la Medición con Estroboscopio
Se presenta una vista frontal del rotor desequilibrado y el disco graduado, junto con una referencia fija en el estator:
- (a) Rotor sin girar: El "punto pesado" está en la división 5. La división 0 del disco se alinea con la marca de referencia.
- (b) Rotor a velocidad crítica: El desfase entre la fuerza de inercia (J) y el movimiento vertical es de π/2. Al iluminar con el estroboscopio, el número visible frente a la marca es el 3. Esto se debe a que la masa desequilibrada (o J) debe estar a 90º de la vertical, en el sentido de ωe.
La posición real del punto pesado se obtiene contando 90º desde el número observado, en la dirección de ωe.
Cálculo del Desequilibrio y Calibración
El valor del desequilibrio (proporcional a la amplitud de vibración) se determina calibrando la máquina previamente con magnitudes de desequilibrio conocidas. Esto permite una medición directa. Una vez medido y corregido el desequilibrio en el plano A, se repite el procedimiento para el plano B, fijando el pivote A.
Limitaciones
El método de cuna pivotada es adecuado principalmente para rotores pequeños, donde las amplitudes alcanzadas a la velocidad crítica no son excesivamente grandes.