AXILINEEquilibrado de compresores de tornillo y turbocompresores: qué es posible in situ
El bloque de tornillo y el turbocompresor comparten una característica poco agradable: sus rotores no se pueden equilibrar en el lugar de explotación. Lo decimos antes de la visita, no después. Y, sin embargo, la vibración de estas máquinas casi siempre la crean no los tornillos ni el cartucho, sino el accionamiento, el acoplamiento, los rodamientos y las pulsaciones. Con eso sí se puede trabajar en la instalación, y a continuación explicamos exactamente cómo.
Estructura del bloque de tornillo: por qué no se puede acceder a los rotores
Dentro del bloque de tornillo giran dos rotores perfilados —el motriz y el conducido—. Los perfiles ruedan uno sobre el otro, y las holguras entre los tornillos, la carcasa y las tapas de los extremos son de centésimas y décimas de milímetro. La posición axial de cada rotor la mantienen cojinetes de empuje, y hasta un desgaste pequeño de estos cambia la holgura axial más rápido de lo que cualquier desequilibrio llegaría a destruir algo. En las máquinas sin aceite, los rotores ni siquiera se tocan entre sí: los guía un par de engranajes de sincronización independiente.
La conclusión práctica es sencilla. Los planos de corrección —las secciones del rotor donde se puede colocar o retirar masa de corrección— no son accesibles en los tornillos sin desmontar por completo el bloque. No hay dónde poner masas: los rotores de tornillo no tienen bandas de equilibrado de fábrica, y no se puede retirar metal del perfil, porque eso cambia la línea de contacto y las holguras. El desmontaje y el montaje del bloque exigen utillaje y el ajuste de las holguras axiales, por lo que se realizan en una reparación especializada, no sobre el bastidor del compresor en el taller.
También hay una buena noticia. Los rotores de tornillo son rígidos, cortos y están equilibrados de fábrica en una máquina equilibradora. En un bloque bañado en aceite, casi no tienen de dónde adquirir desequilibrio operativo: no hay adherencia de producto, no hay erosión de álabes, no hay recargues tras reparaciones. Por eso, cuando un compresor de tornillo empieza a vibrar, el desequilibrio propio de los tornillos resulta ser la causa con menos frecuencia de todas.
En qué se diferencia un rotor rígido de uno flexible, y por qué eso determina el lugar del equilibrado, lo hemos explicado en un artículo aparte sobre rotores rígidos y flexibles. Aquí basta una conclusión breve: los tornillos son rígidos, pero inaccesibles.
Fuentes: ISO 21940-11:2016
De dónde viene realmente la vibración de un grupo de tornillo
Un grupo de tornillo no es solo el bloque. Es también el motor eléctrico de accionamiento, el acoplamiento o la transmisión por correa, el ventilador de refrigeración, el radiador de aceite, el bastidor sobre soportes antivibratorios y la tubería de impulsión. Cada elemento se identifica en el espectro con su propia frecuencia, y leemos el espectro antes de sacar las masas.
| Qué se ve en la medición | Causa probable | Qué hacemos |
|---|---|---|
| Predomina la 1x del eje del motor (vibración a su frecuencia de giro), fase estable de un arranque a otro | Desequilibrio del rotor del motor, del semiacoplamiento o de la polea | Equilibramos in situ, en los propios apoyos del grupo |
| Segundo armónico (pico al doble de la frecuencia de giro) y vibración axial elevada cerca del acoplamiento | Desalineación de los ejes del motor y del bloque, a menudo tras cambiar el elemento elástico | Alineación de ejes, después medición de control |
| Picos de alta frecuencia, no múltiplos de las revoluciones, aumenta la envolvente (la señal con la que se detectan los defectos de los rodamientos) | Desgaste de los rodamientos del bloque de tornillo o del motor | No equilibramos. Informe y sustitución de rodamientos; para el bloque, esto es una reparación especializada |
| Pico en el número de cavidades del tornillo motriz multiplicado por las revoluciones, crecen los armónicos y las bandas laterales | Pulsaciones de compresión; si crece de una medición a otra, desgaste del perfil y holguras aumentadas | Comprobamos el régimen y las tuberías; con desgaste de perfil, solo reparación del bloque |
| Picos por debajo de la frecuencia de giro (subarmónicos) y golpes en la transmisión por correa | Correas estiradas, descentramiento de la polea, asiento flojo | Reparación de la transmisión; tras la reparación, equilibramos la polea |
| Balanceo de baja frecuencia de todo el bastidor | Soportes antivibratorios hundidos, fijación floja, resonancia del cárter | Cambiamos los soportes, apretamos la fijación, después volvemos a medir |
La frecuencia de cavidades de un bloque típico está en el rango de cuatro a seis armónicos de giro, y siempre está presente en el espectro. La alarma no es el pico en sí, sino su crecimiento de una medición a otra.
Fuentes: ISO 13373-3:2015 · ISO 281:2007
Qué equilibramos realmente in situ en un compresor de tornillo
En todos los casos indicados a continuación funciona el mismo método —el método de los coeficientes de influencia—: masa de prueba, medición de la respuesta, cálculo de la masa y el ángulo de corrección, instalación, arranque de control y, si hace falta, un ajuste fino (trim, la corrección final precisa con una masa pequeña). El Balanset-1A calcula uno y dos planos, comprueba el desequilibrio residual según la clase de precisión G elegida (la tolerancia de desequilibrio residual) y guarda los coeficientes de influencia de la máquina para las siguientes visitas.
Rotor del motor eléctrico de accionamiento
El hallazgo más frecuente. Suciedad en el rodete de refrigeración bajo el cárter, una masa de equilibrado perdida, un rotor tras un nuevo montaje. Equilibramos en sus propios apoyos de rodamiento a las revoluciones de trabajo; planos de corrección: el rodete y el semiacoplamiento. Fijamos las masas con pernos en los orificios de fábrica o con abrazaderas en los álabes; queda excluida la soldadura sobre aluminio y plástico. Hay una página aparte dedicada a los motores tras el rebobinado.
Semiacoplamiento y acoplamiento montado
Tras cambiar el elemento elástico o reposicionar el semiacoplamiento, la vibración a menudo aumenta: la pieza ha quedado en una posición angular distinta. Primero comprobamos la alineación, después equilibramos el acoplamiento como conjunto montado, normalmente en un solo plano. Masas atornilladas, en los orificios de fábrica de la brida.
Polea de la transmisión por correa
En parte de las máquinas de tornillo, el accionamiento es por correa. Antes de equilibrar, comprobamos con el comparador el descentramiento de la polea, el estado de las gargantas y la tensión de las correas; de lo contrario, las masas se aplicarían sobre un defecto geométrico. Equilibramos la polea directamente en el eje: un plano de corrección para una polea estrecha, dos para una ancha con varias gargantas.
Ventilador de refrigeración y del radiador de aceite
El ventilador axial del radiador acumula suciedad y pierde el equilibrado igual que cualquier rodete. Equilibramos in situ a través del acceso de fábrica. Las particularidades del grupo de ventiladores las hemos explicado en detalle en la página sobre el equilibrado de ventiladores.
Fuentes: ISO 21940-11:2016 · Especificaciones del fabricante Balanset-1A
Turbocompresores: revoluciones muy altas y solo banco de pruebas
El rotor de un turbocompresor de sobrealimentación es un cartucho: la rueda de la turbina, el eje y la rueda del compresor dentro de una carcasa de rodamientos con casquillos flotantes de deslizamiento. Las revoluciones de trabajo van de treinta a más de doscientas mil por minuto, según el tamaño. El rotor atraviesa frecuencias críticas (las revoluciones a las que el eje empieza a flexionarse) y se comporta como flexible. Por eso el equilibrado solo es posible en equipos especiales: primero las ruedas y el eje por separado a bajas revoluciones, después el cartucho montado a las revoluciones de trabajo, en un banco con su propia central de aceite. Allí la corrección se realiza retirando metal de la tuerca y de las caras de las ruedas, no con masas.
Con un equipo portátil sobre el motor no se puede resolver esta tarea, y no la asumimos. Lo que hacemos in situ: medimos la vibración de las carcasas, tomamos el espectro, evaluamos la holgura axial y radial del eje, buscamos huellas de roce de las ruedas contra la carcasa, coquización y aceite en la parte de flujo. A partir de ahí, el informe: cartucho para sustituir, o rotor a una reparación especializada de turbocompresores.
Los turbocompresores de proceso y los sopladores centrífugos tras un multiplicador (un reductor que aumenta la velocidad) son otra historia aparte. Allí el eje de alta velocidad tampoco es accesible, pero la parte de baja velocidad del grupo sí está abierta: el rotor del motor, el eje intermedio, los acoplamientos. In situ separamos las frecuencias de los ejes y la frecuencia de engrane del multiplicador, equilibramos la parte de baja velocidad y entregamos un informe sobre la de alta velocidad. Lo que hacemos con el resto del parque de compresores puede verlo en la página de la sección sobre el equilibrado de compresores.
Fuentes: ISO 21940-12:2016 · ISO 13373-3:2015
Cómo se desarrolla la visita
- 01
Solicitud y fotos
Envíenos el modelo del compresor, fotos del grupo con el cárter retirado, el esquema del accionamiento (acoplamiento o correa) y una descripción del síntoma: cuándo empezó, tras qué trabajos, en qué régimen es más fuerte. Con estos datos le diremos con honestidad, incluso antes de la visita, si en su máquina hay algo que equilibrar o si hace falta reparación directamente.
- 02
Medición en régimen caliente
Colocamos dos acelerómetros (sensores de vibración) en los apoyos de rodamiento del motor y en la carcasa del bloque, fijación magnética sobre superficies limpias, y registramos las direcciones de medición en el protocolo. Apuntamos el sensor láser de fase a la marca reflectante del eje accesible. Registramos la vibración total (nivel general en todas las frecuencias), la 1x de giro, la fase, las revoluciones, el espectro FFT y la señal en el tiempo, en vacío y bajo carga: las pulsaciones de compresión dependen de la carga, mientras que las causas mecánicas apenas lo hacen.
- 03
Separación de causas
Comparamos la 1x con el nivel total, comprobamos el segundo armónico cerca del acoplamiento, la envolvente de los rodamientos, la frecuencia de cavidades, la fijación y los soportes antivibratorios. Evaluamos los niveles según la parte y edición aplicable de la ISO 20816, con la corrección por tipo de apoyos, pero la tendencia respecto a su nivel habitual es más importante que la tabla absoluta.
- 04
Equilibrado de los planos accesibles
Método de los coeficientes de influencia: masa de prueba, medición de la respuesta en amplitud y fase, cálculo de la masa de corrección, instalación, arranque de control y, si hace falta, ajuste fino. Uno o dos planos de corrección según el conjunto. Comprobamos el desequilibrio residual frente a la tolerancia de la clase G.
- 05
Protocolo e informe
Usted recibe un protocolo con las cifras de antes y después en cada punto, los espectros y el régimen de medición registrado. Si la causa está dentro del bloque de tornillo o del cartucho del turbocompresor, en el informe constará precisamente eso, con la justificación según el espectro, para que la conversación con el taller de reparación sea concreta.
Fuentes: ISO 20816-1:2016
Cuándo decimos directamente: a reparación especializada
- Aullido metálico o chirrido procedente del bloque de tornillo, sonido de parada libre que ha cambiado
- Virutas o polvo de aluminio en el aceite y en el tapón magnético
- Holgura axial o radial del eje del turbocompresor, huellas de roce de las ruedas contra la carcasa
- Coquización en la rueda del compresor, aceite en la parte de flujo, humo azul en el escape
- Aumento de la temperatura de compresión y de la corriente del motor al mismo tiempo que la vibración: parece desgaste del perfil y holguras aumentadas
- Crepitación de alta frecuencia y picos de envolvente en las frecuencias de los rodamientos del bloque
- El compresor ha sufrido un golpe de ariete, entrada de condensado o de un objeto extraño
Equilibrar una máquina con estos síntomas significa gastar su turno de trabajo y enmascarar una degradación que acabará en el agarrotamiento del bloque. No nos comprometemos a eso: primero la medición y el informe, después la reparación, y solo tras ella el equilibrado de lo que sea accesible.
Fuentes: ISO 13373-3:2015
Si el bloque se llega a desmontar: equilibrado en la reparación y Balanset-1A OEM
En una reparación general del bloque de tornillo, los rotores, tras restaurar los cuellos y sustituir los rodamientos, se equilibran en una máquina equilibradora. Ese es trabajo del taller de reparación, y no tiene sentido exigírselo a un equipo de visita. Lo mismo ocurre con los cartuchos de los turbocompresores: se ajustan en bancos de alta velocidad con retirada de metal.
Si usted mismo repara compresores o turbocompresores, la parte de medición de esa máquina o banco se puede construir con el Balanset-1A OEM. Es el mismo módulo de medición de dos canales con acelerómetros y sensor láser de fase, pero sin maletín, para integrarlo en el equipo. Cálculo en uno y dos planos, posiciones fijas de instalación de masas, tolerancias por clases G, archivo e informes. Le ayudamos con la selección y la integración.
Fuentes: Especificaciones del fabricante Balanset-1A · Manual de operación Balanset-1A
Precio, plazos y cómo encargarlo
Somos ingenieros que diseñamos y fabricamos los equipos Balanset y los usamos nosotros mismos para el equilibrado in situ. Nuestra base está en Vila Nova de Gaia, cerca de Oporto, y realizamos visitas en toda Portugal.
Para que la visita se resuelva en un día, prepare el acceso: retire o afloje el cárter del acoplamiento y del ventilador, garantice la posibilidad de una serie de arranques y paradas cortos, y avise al operario. Hacemos la medición con la máquina caliente y bajo su carga habitual.
- Equilibrado del rotor accesible (motor, semiacoplamiento, polea, ventilador): paquetes desde 550 EUR por grupo (diagnóstico 300 EUR + equilibrado desde 250 EUR)
- Factura mínima por visita de 500 EUR, también si, según los resultados de la medición, resulta que no hay nada que equilibrar: usted recibe el diagnóstico y un informe por escrito
- El cálculo exacto para su máquina y su instalación lo hace la calculadora de la web
Fuentes: Especificaciones del fabricante Balanset-1A
Preguntas frecuentes
¿Se puede equilibrar el bloque de tornillo sin desmontar el compresor?
No, y esto no depende del equipo. Los planos de corrección de los rotores de tornillo están cerrados por una carcasa con holguras de centésimas de milímetro, no hay dónde poner masas, y no se puede retirar metal del perfil. Los tornillos se equilibran en máquina equilibradora durante la fabricación y en la reparación general del bloque. In situ localizamos y eliminamos las causas externas de la vibración, que son la mayoría.
El compresor empezó a vibrar tras cambiar el acoplamiento. ¿Es desequilibrio?
Es posible, pero primero comprobaremos la alineación. Tras cambiar el elemento elástico son típicos dos escenarios: desalineación con aumento del segundo armónico y de la vibración axial, o un semiacoplamiento montado en una posición angular distinta, con aumento de la componente de giro 1x. El primero se corrige con la alineación de ejes, el segundo con el equilibrado del acoplamiento in situ. La medición separa estos casos en un solo arranque.
¿Equilibran turbocompresores de sobrealimentación?
In situ, no. El rotor de cartucho trabaja a decenas y cientos de miles de revoluciones y solo se equilibra en un banco especial con retirada de metal. En la instalación medimos la vibración, comprobamos las holguras del eje y el estado de las ruedas, y entregamos un informe: cartucho para sustituir, o a una reparación especializada de turbocompresores.
¿Y si vienen y resulta que no hay nada que equilibrar?
De todos modos, usted obtiene un resultado: medición por puntos, espectros, separación de causas y un informe por escrito con el que puede acudir al taller de reparación o al proveedor. Esa visita se cierra con la factura mínima de 500 EUR. Para reducir el riesgo de una visita en vano, revisamos de antemano sus fotos y la descripción de los síntomas.
¿Hay que parar la producción durante los trabajos?
Por completo, no. La medición se hace con la máquina funcionando en su régimen habitual. Hacen falta paradas cortas: para instalar los sensores y la marca reflectante, y para montar las masas de prueba y de corrección. Normalmente es una serie de tres a seis arranques de unos minutos cada uno. Lo que más tiempo lleva es esperar a que la máquina se caliente hasta un régimen estable.
¿Según qué normas evalúan la vibración del compresor?
Según la ISO 20816, en la parte y edición aplicable a su máquina, teniendo en cuenta la potencia y el tipo de apoyos. La tabla absoluta es, en ese caso, secundaria: es más informativa la tendencia respecto al nivel en el que su máquina funcionaba con normalidad, y la estructura del espectro. La tolerancia de desequilibrio residual en el equilibrado la comprobamos según las clases G conforme a la ISO 21940.
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Responderemos a sus preguntas, concretaremos los datos iniciales y le diremos qué hace falta para el presupuesto y la visita.