AXILINEEquilibrado de centrífugas decantadoras: qué se puede hacer realmente in situ
El decantador vibra, la protección por vibración se dispara hacia el final del ciclo, y el servicio del fabricante da plazos de semanas. Llegamos con el analizador de vibraciones Balanset-1A, separamos por el espectro de vibración la contribución del tambor, el tornillo, el reductor y los sólidos, y decimos claramente: esto es desequilibrio, que se trata con contrapesos en los planos de fábrica, o es desgaste, con el que el camino es el servicio técnico. Base en Vila Nova de Gaia, cerca de Oporto, desplazamiento por toda Portugal.
Dos rotores coaxiales: por qué el decantador no se parece a las demás centrífugas
Dentro del decantador giran dos masas sobre un mismo eje. El tambor alcanza las revoluciones de trabajo, típicamente entre 2000 y 4000 rpm. El tornillo gira a la misma velocidad menos un diferencial de unas pocas o unas decenas de revoluciones por minuto, que fija un reductor planetario o cicloidal situado en el extremo. El tambor se apoya en dos apoyos de rodamiento principales, y el tornillo, además, en sus propios rodamientos dentro de los muñones del tambor.
Para la vibración, esto son dos frecuencias de giro próximas. El tambor da su componente 1x, el tornillo la suya, unas décimas de hercio más baja. En la carcasa se suman y producen pulsaciones (beats): el nivel «respira» lentamente, con un periodo de segundos a minutos. Un vibrómetro corriente muestra una cifra que oscila, con la que no se puede saber cuál de los dos rotores es el culpable. Los separamos con un espectro de alta resolución —la descomposición de la vibración por frecuencias— y por la fase, es decir, el ángulo con el que la oscilación está referenciada a la marca del tambor.
La segunda particularidad es la geometría. El rotor es alargado, la relación longitud/diámetro llega a tres o cuatro, y parte de las máquinas funcionan cerca o por encima de la primera frecuencia crítica —las revoluciones a las que el rotor entra en resonancia—. Formalmente esto es zona de rotores flexibles según la parte aplicable de la ISO 21940, y los contrapesos en los extremos no siempre compensan la flexión del centro. Tenemos un artículo aparte sobre las revoluciones críticas; aquí lo importante es la conclusión: en el decantador siempre observamos el comportamiento de la amplitud y la fase durante el arranque y la deceleración libre antes de prometer un resultado.
Fuentes: ISO 21940-12:2016
De dónde viene el desequilibrio en el decantador
Esta máquina tiene sus propias fuentes de desequilibrio, y la mitad de ellas no se tratan con contrapesos.
Sólidos en la pared del tambor
La torta —los sólidos deshidratados— se adhiere de forma irregular, especialmente en la parte cónica seca, donde la capa no queda retenida por el anillo líquido. Es un desequilibrio variable: crece hacia el final del ciclo, desaparece parcialmente tras el lavado, y se deposita de una forma nueva en cada arranque. No se compensa con contrapesos: tras el siguiente lavado, la máquina vibrará más.
Desgaste de los álabes del tornillo
El abrasivo desgasta los bordes de los álabes de forma desigual a lo largo de la circunferencia. El recargue se desconcha, las plaquitas de metal duro se desprenden y se van con los sólidos. La pérdida de una sola plaquita, al radio del álabe, ya da una fuerza apreciable a las revoluciones de trabajo. Indicio: el nivel cambió de forma brusca y se mantiene con la máquina limpia.
La zona de descarga y los casquillos
Las ventanas de descarga de sólidos y los casquillos de protección trabajan como bajo un chorro de arena, y la erosión aquí es asimétrica. A esto se añaden las placas vertedero del extremo opuesto, si se cambiaron sin sustituir el juego completo.
Reparación y montaje
Tras un recargue del tornillo, la masa queda distribuida de forma distinta a la del equilibrado de fábrica. Un tambor montado sin respetar las marcas, y contrapesos de fábrica cambiados de sitio, producen el mismo efecto. Si el decantador empezó a vibrar justo después de una reparación, es lo primero que revisamos.
Rodamientos y reductor
Los rodamientos internos del tornillo y los apoyos principales dan picos en frecuencias que no son múltiplos de las revoluciones. El reductor añade componentes de engrane y bandas laterales. Esto no es desequilibrio, los contrapesos aquí no sirven de nada, pero al oído, en la planta, suena igual.
Apoyos y conexiones
El decantador suele estar sobre apoyos antivibración. Un apoyo hundido, un bastidor agrietado, una tubería de alimentación conectada rígidamente cambian el cuadro de vibración sin un gramo de desequilibrio. Se comprueba a mano y con una medición en diez minutos, por lo que es el primer punto de la inspección.
Fuentes: ISO 281:2007
Primero el lavado, después las conclusiones
Una medición con la máquina sucia casi no aporta nada: se ve la suma del desequilibrio del rotor y de un patrón aleatorio de adherencia. Por eso el orden es estricto. Medición tal cual está, después lavado del tambor según su procedimiento CIP o a mano, después una nueva medición con la máquina limpia, a las mismas revoluciones, a ser posible con agua o vacía.
La diferencia entre las dos mediciones ya es un diagnóstico en sí misma. Si desapareció un ochenta por ciento del nivel: el problema está en el proceso, y la respuesta correcta es un procedimiento de lavado y un umbral de vibración, no contrapesos. Si el nivel se mantuvo: trabajamos con la mecánica. Cómo distinguir el desequilibrio de la desalineación y de los defectos de rodamientos por el espectro se explica en nuestros artículos de diagnóstico. Aquí solo se añade la particularidad del decantador: las pulsaciones, la 1x del tambor separada de la 1x del tornillo, el comportamiento en la deceleración libre.
- Lave el tambor antes de nuestra llegada y anote la hora del lavado.
- Asegure la posibilidad de mantener revoluciones de trabajo estables durante varios minutos, sin ciclos de arranque y frenado.
- Extraiga las tendencias del monitoreo de vibración habitual de los últimos meses, si existe.
- Localice la página del manual del fabricante sobre el equilibrado y la intervención admisible en el rotor.
- Libere el acceso a los apoyos de rodamiento principales y a los cubos de los extremos del tambor.
- Recuerde qué cambió antes de que aumentara la vibración: materia prima, floculante, reparación, placas vertedero.
Fuentes: ISO 13373-3:2015
Cuatro desenlaces posibles de una visita a un decantador
Según los resultados de la medición con la máquina limpia, el escenario se reduce a uno de cuatro, y lo decimos en voz alta antes de tocar el rotor.
| Lo que mostró la medición | Conclusión | Lo que hacemos |
|---|---|---|
| Predomina la 1x del tambor, la fase es estable de un arranque a otro, el fabricante permite masas en las posiciones de fábrica | Desequilibrio del tambor | Equilibramos in situ en uno o dos planos en los cubos de los extremos, informe de antes y después |
| El nivel desapareció tras el lavado y vuelve hacia el final del ciclo | Adherencia irregular de sólidos | No instalamos contrapesos. Ayudamos a definir un procedimiento de lavado y un umbral de parada por vibración |
| La 1x se mantiene con el rotor limpio, el salto de nivel coincidió con una reparación o la pérdida del recargue, las pulsaciones apuntan a la frecuencia del tornillo | Desequilibrio o desgaste del tornillo | No se trata in situ. Informe con cifras para la inspección de defectos del tornillo y el equilibrado en el servicio técnico |
| Picos en las frecuencias de los rodamientos, componentes de engrane del reductor, resonancia del bastidor o de los apoyos antivibración | No es desequilibrio | Diagnóstico, recomendación de reparación, medición de control después de ella |
Usted obtiene la medición con separación de causas y el informe en cualquiera de los desenlaces: incluso la renuncia al equilibrado se apoya en cifras, no en una opinión.
Cómo se realiza el equilibrado del tambor, cuando es posible
- 01
Preparación con la máquina parada
Detenemos y bloqueamos el accionamiento. Inspeccionamos los cubos de los extremos y las posiciones de equilibrado de fábrica: orificios para pernos, anillos, alojamientos roscados. Pegamos la marca reflectante de fase en el tambor, no en la polea ni en el reductor: la fase que necesitamos es precisamente la del tambor.
- 02
Sensores en los apoyos principales
Colocamos dos acelerómetros en las carcasas de los apoyos de rodamiento principales, en dirección radial, normalmente horizontal: sobre apoyos antivibración, la máquina es más flexible precisamente en esa dirección. Apuntamos el sensor láser de fase a la marca, y, si hace falta, añadimos un punto de control en el extremo del reductor.
- 03
Medición inicial y separación de los rotores
Registramos la vibración total, 1x con fase, revoluciones, espectro FFT y señal temporal en cada apoyo. Elegimos la resolución del espectro de forma que se distingan la 1x del tambor y la 1x del tornillo, que difieren en el valor del diferencial. Observamos la deceleración libre —la parada libre tras desconectar el accionamiento—: donde la amplitud y la fase cambian rápido, ahí hay resonancia.
- 04
Arranques de prueba y coeficientes de influencia
Colocamos un contrapeso de prueba pesado en la posición de fábrica del primer plano de corrección y hacemos un arranque, después lo mismo en el segundo. Cambio válido: amplitud de 1x en un 20–30 por ciento, o fase en 20–30 grados. Así el equipo obtiene los coeficientes de influencia: cómo responde exactamente su sistema de rotor, apoyos y bastidor a la masa añadida.
- 05
Masas de corrección
El programa indica la masa y el ángulo, y en modo de posiciones fijas, directamente el reparto entre los orificios de fábrica. La fijación es solo atornillada, con los elementos de fábrica, con control del par de apriete y frenado de la rosca. La soldadura en el tambor de acero inoxidable queda excluida, y el taladrado también, sin una autorización por escrito del fabricante.
- 06
Control, ciclo con producto, informe
Arranque de control en los mismos puntos y el mismo régimen, con un ajuste más si hace falta. Calculamos la tolerancia según el grado G —el grado de calidad de equilibrado— de la parte aplicable de la ISO 21940, y tomamos el grado objetivo del manual del fabricante. Después observamos el nivel en el ciclo con producto y redactamos el informe. Guardamos los coeficientes de influencia: el siguiente equilibrado de ajuste (trim, un ajuste rápido) tomará un solo arranque.
Fuentes: ISO 21940-11:2016 · Manual de operación Balanset-1A
Cuándo no funcionará in situ: el tornillo, las prohibiciones del fabricante, el rotor flexible
El tornillo es el límite honesto principal. Sus planos de corrección están dentro del tambor, y solo se puede llegar a ellos con un desmontaje completo del rotor. Tras el desmontaje hay que equilibrar en la máquina equilibradora: primero el tornillo por separado, después el rotor montado, con control de los ajustes y las excentricidades. Es trabajo del servicio técnico, y lo decimos desde el principio, no después de cuatro arranques de prueba.
El segundo límite es la documentación. Varios fabricantes solo permiten intervenir en el rotor del decantador en su propio servicio técnico, con la certificación posterior correspondiente. No sorteamos esos requisitos: trabajamos estrictamente en las posiciones de fábrica, o nos detenemos en el diagnóstico. El tercer límite es el rotor flexible, que cambia la forma de su flexión en el rango de trabajo: el equilibrado a unas revoluciones no garantiza la norma a otras, y el lugar correcto para una máquina así es un banco de equilibrado de alta velocidad.
- Lo que obtiene en lugar del equilibrado: niveles y 1x con fase por cada apoyo, espectros, deceleración libre, separación de las contribuciones del tambor, el tornillo, el reductor y los sólidos.
- Un informe sobre la causa probable y una lista de lo que revisar al desmontar: álabes, recargue, plaquitas, ajustes de los muñones, rodamientos internos del tornillo.
- Un informe con el que la conversación con el servicio técnico trata sobre cifras, no sobre sensaciones. El mismo informe deja constancia del estado antes de la reparación.
- Una medición de control después de la reparación y, si el fabricante lo permite, un equilibrado de ajuste del tambor en los planos de fábrica.
El entorno: versiones alimentarias y químicas, el producto, los apoyos antivibración
Los decantadores alimentarios y las máquinas de plantas de depuración trabajan con un producto que nadie quiere ver en el instrumental: antes de trabajar se lava la máquina, y nuestros sensores y fijaciones se lavan también. En las zonas sanitarias, la instalación de masas no debe crear huecos ni bolsas de estancamiento, por lo que solo se usan posiciones y fijaciones de fábrica. Las versiones químicas añaden un entorno corrosivo y con frecuencia una zona con riesgo de explosión: acordamos el orden de los trabajos con su servicio con antelación. Y en todos los casos rige la regla de los tambores de acero inoxidable: nada de soldadura ni de orificios improvisados.
Un apartado especial para los apoyos antivibración. Una máquina sobre apoyos flexibles tiene derecho a moverse notablemente de carcasa, y eso no siempre es una avería. Hacemos la evaluación según la parte aplicable de la ISO 20816, con la salvedad del tipo de apoyos y los puntos de medición, pero lo más informativo es la tendencia: la comparación con el nivel al que esa misma máquina funcionaba con tranquilidad. Por eso las tendencias del monitoreo de vibración habitual son lo primero que pedimos.
Fuentes: ISO 20816-1:2016
Precio, plazos y qué enviar para la evaluación
El diagnóstico vibratorio con informe cuesta 300 EUR por máquina, el equilibrado añade desde 250 EUR, la factura mínima por visita es de 500 EUR, y el importe exacto lo calcula la calculadora del sitio web. En los decantadores siempre pedimos los datos con antelación: de ellos depende el propio formato de la visita, equilibrado del tambor en los planos de fábrica o medición con informe.
Envíe el modelo y una foto de la placa de características, las revoluciones del tambor, el tipo de producto, fotos de los cubos de los extremos y de los apoyos principales, la página del manual sobre el equilibrado y un breve historial: qué cambió antes de que aumentara la vibración. Le responderemos qué se puede hacer realmente in situ, el mismo día laborable.
Acuden ingenieros que diseñan y fabrican los equipos Balanset y equilibran con ellos en las visitas. Trabajamos con el equipo Balanset-1A: dos acelerómetros, sensor láser de fase, módulo USB de dos canales y software para portátil. Para un parque de decantadores, el mismo equipo se puede poner a disposición de su propio servicio: el equilibrado de ajuste (trim) según los coeficientes guardados toma un solo arranque, y para un banco de reparación existe la versión Balanset-1A OEM sin maletín.
Base en Vila Nova de Gaia, cerca de Oporto. Desplazamiento por toda Portugal; en el norte, normalmente en el plazo de uno o dos días laborables.
Fuentes: Especificaciones del fabricante Balanset-1A
Preguntas frecuentes
¿Se puede equilibrar el tornillo del decantador in situ?
No. El tornillo gira dentro del tambor, sus planos de corrección no son accesibles sin un desmontaje completo del rotor, y tras el desmontaje hay que equilibrar en la máquina equilibradora. Lo que sí podemos hacer in situ es otra cosa: mostrar por el espectro y las pulsaciones que el origen es precisamente el tornillo, y entregar las cifras para el servicio técnico. Esto evita un desmontaje a ciegas.
La vibración del decantador oscila suavemente en olas cada pocos segundos. ¿Qué es esto?
Pulsaciones clásicas (beats). El tambor y el tornillo giran a frecuencias próximas, la diferencia es igual al diferencial, y sus componentes de giro unas veces se suman y otras se restan. Unas pulsaciones marcadas significan que hay un desequilibrio apreciable en ambos rotores, y hay que ocuparse de cada uno por separado.
Tras lavar el tambor, la vibración desapareció. ¿Hace falta equilibrado?
Probablemente no. Si la máquina limpia se mantiene dentro del nivel habitual, no hay un desequilibrio mecánico que merezca tratarse con contrapesos. La herramienta de trabajo aquí es el procedimiento: lavado por tiempo o por umbral de vibración, control del floculante y de la alimentación. No se puede equilibrar un rotor sucio: fijaría con contrapesos un patrón aleatorio de adherencia.
¿Cuál es la norma de vibración de una centrífuga decantadora?
No hay una cifra única. La evaluación se hace según la parte aplicable y la edición de la ISO 20816, teniendo en cuenta la flexibilidad de los apoyos, y los decantadores casi siempre están sobre apoyos antivibración, lo que desplaza los límites. Más prácticos son dos referencias: los valores límite del manual del fabricante y la tendencia de su máquina. Un aumento de una vez y media respecto al nivel habitual es motivo para una medición, aunque la cifra esté formalmente dentro de tolerancia.
La protección por vibración se dispara hacia el final del ciclo. ¿Se puede subir el umbral y seguir trabajando?
Subir el umbral a ciegas es peligroso: a estas revoluciones un fallo se desarrolla rápido. Primero, una medición con separación de causas. Si el nivel aumenta por los sólidos, se trata con un procedimiento de lavado, y no hará falta tocar el umbral. Si aumenta la componente de giro con el rotor limpio, el problema es mecánico, y trabajar sorteando la protección acerca la avería.
El decantador empezó a vibrar tras el recargue del tornillo. ¿Ayudará el equilibrado in situ?
Casi seguro que no. El recargue cambia la distribución de masa a lo largo de los álabes, y ese desequilibrio se encuentra en el tornillo, al que no hay acceso in situ. El camino correcto es: equilibrado del tornillo en la máquina equilibradora antes del montaje, después control del rotor montado. Haremos una medición antes de enviarlo a reparar, una de control después y, si el fabricante lo permite, un ajuste del tambor en los planos de fábrica.
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