AXILINEEquilibrado de la polea de la transmisión por correa in situ: primero la geometría y las correas, después las masas
Ha cambiado las correas de un ventilador, y la vibración ha aumentado. O la polea empezó a zumbar tras rectificar las gargantas, montarla en un casquillo nuevo o cambiar un rodamiento. Llegamos y equilibramos la polea directamente en el eje, en sus propios apoyos de rodamiento, pero antes comprobamos la excentricidad, el asiento y la tensión: en un accionamiento por correa, la mitad de los «desequilibrios» resultan ser geometría. Con base en Vila Nova de Gaia, cerca de Oporto, nos desplazamos por todo Portugal.
Síntomas: cómo se delata específicamente la polea
La polea se delata por estar ligada a un evento. La vibración no aparece de forma gradual, sino después de una operación concreta: se cambiaron las correas, se recolocó la polea, se rectificaron las gargantas, se desmontó y se volvió a montar al cambiar un rodamiento. Si el zumbido apareció el mismo día, busque la causa en lo que se tocó con las manos.
Segunda señal: la vibración vive en los apoyos del eje donde está la polea, y cambia notablemente al quitar las correas. En un accionamiento por correa hay tres sospechosos a la vez: la polea, las correas y el asiento. Hay que distinguirlos con la medición, no de oído.
- El zumbido apareció tras cambiar las correas, recolocar la polea o rectificar las gargantas
- La vibración en los apoyos del accionamiento cae varias veces si se quitan las correas y se gira el motor por separado
- Las correas se calientan, silban al arrancar, la goma se desmenuza por los lados, hay polvo negro bajo el accionamiento
- Una correa del juego de varias gargantas cuelga notablemente más que las demás
- La llanta de la polea oscila al girar el eje lentamente
- Sale polvo rojizo de debajo del cubo o del casquillo cónico, señal de fretting, la corrosión por microdesplazamientos en un asiento aflojado
- Cambia los rodamientos del lado del accionamiento con más frecuencia que los del extremo libre del eje
- La vibración a lo largo de la línea entre poleas es notablemente mayor que en sentido transversal
Vale la pena recordar el último punto. Un desequilibrio puro da en el apoyo niveles parecidos en horizontal y en vertical. Una direccionalidad marcada a lo largo de la línea de transmisión apunta a excentricidad de la polea (su centro desplazado respecto al eje de giro) o a una pulsación de la tensión, y ahí las masas no son el remedio principal.
Construcción de la polea y de dónde viene su desequilibrio
Una polea suele ser una pieza fundida de hierro: una llanta con gargantas, un cubo y un disco o radios entre ambos. Parte del desequilibrio ya viene incorporado desde el molde de fundición: espesor desigual de la llanta, macho descentrado, sopladuras. El mecanizado deja a medida las gargantas y el orificio de asiento, pero la superficie interior de la llanta a menudo queda en bruto de fundición, y esa falta de homogeneidad vive ahí durante toda la vida útil.
El segundo grupo de causas aparece durante el montaje. Cada método de asiento añade su propio desplazamiento de masa respecto al eje de giro.
Chaveta y asiento con holgura
La holgura en la unión por chaveta desplaza la polea hacia un lado del eje. La propia chaveta es también una masa, y en la polea no siempre hay una compensación prevista para ella. Tras cada reinstalación, el desequilibrio del conjunto es distinto.
Casquillo cónico
El casquillo partido se aprieta con dos o tres tornillos. Un apriete desigual asienta la polea de forma excéntrica, y unos tornillos poco apretados provocan que gire bajo carga. El propio corte y los tornillos ya desplazan el centro de masas: en un casquillo nuevo esto está previsto, en uno desgastado ya no.
Casquillo autocentrante
El casquillo autocentrante sujeta sin chaveta, por fricción, y centra mejor. Pero los tornillos hay que apretarlos en círculo, en varias pasadas, al par indicado. Un solo lado sobreapretado vuelve a producir excentricidad.
Desgaste de las gargantas
Las gargantas se desgastan de forma irregular tanto alrededor de la circunferencia como entre gargantas. La correa se asienta más hondo en un tramo de la vuelta, y la tensión pulsa a la frecuencia de giro. Para el equipo esto se parece a un desequilibrio, pero se corrige cambiando la polea.
Torneado de reparación
El torneado retira metal respecto al eje en el que se sujetó la polea en el plato. Si el montaje en la máquina tenía excentricidad, la nueva geometría queda excéntrica respecto al eje. Tras cualquier torneado, comprobamos el conjunto con reloj comparador y volvemos a equilibrar.
Polea en conjunto con el eje y el acoplamiento
En el eje de un ventilador o de una transmisión, la polea convive con el semiacoplamiento y el rotor. Equilibramos el conjunto entero: los desequilibrios de las piezas se suman vectorialmente, con su dirección, y piezas equilibradas por separado dan, en conjunto, un nuevo resto.
El orden de trabajo que no se puede invertir
Con el equilibrado compensamos la asimetría de masa. La excentricidad, un asiento aflojado y una transmisión defectuosa son otras causas físicas con vibración a la misma frecuencia. Una masa puede encubrirlas parcialmente en un régimen, pero en cuanto cambie la tensión o la carga, la compensación se desmorona. Por eso el orden es estricto.
- Geometría. Reloj comparador en la llanta y en la cara frontal, giro completo del eje. Comparamos la excentricidad radial y frontal con la tolerancia del fabricante, normalmente unas décimas de milímetro según el diámetro
- Asiento. Par de apriete de los tornillos del casquillo cónico o autocentrante, holgura en la chaveta, señales de fretting. Una polea que se mueve se reasienta primero
- Correas. Las desgastadas y de longitud desigual se cambian solo por un juego completo con la misma marca de lote
- Tensión. La ajustamos según los datos del fabricante de la correa: por flecha bajo una fuerza dada, o por el método de frecuencia, midiendo las oscilaciones del tramo
- Posición relativa de las poleas. Las alineamos en un mismo plano con una regla, un cordel o un dispositivo láser. En una unión por acoplamiento con el rotor, evaluamos aparte la alineación de ejes
- Solo ahora, el equilibrado. Todo lo anterior cambia la propia vibración o la rigidez del sistema, y con ella los coeficientes de influencia —la relación «se colocó una masa, la vibración cambió de tal forma»— con la que el equipo calcula la corrección
El orden inverso no ahorra tiempo, sino que duplica el trabajo. Se equilibra, luego se cambian las correas: la tensión y la rigidez cambian, y parte del resultado se pierde. Se equilibra, luego se reasienta la polea: la posición angular de las masas es otra, el desequilibrio es nuevo. Cualquier operación en la transmisión después del equilibrado implica una medición de control, y con frecuencia también una nueva corrección. Cómo distinguir por la fase el desequilibrio de la desalineación se explica en un artículo aparte.
Cómo se desarrolla el equilibrado de la polea en la instalación
- Inspección
El reloj comparador antes que la electrónica
La máquina está parada y bloqueada. Tomamos la excentricidad de la llanta y de la cara frontal, comprobamos el asiento, el perfil de las gargantas con una plantilla, la tensión. Aquí mismo decidimos dónde irá físicamente la masa y si hará falta el taladro.
- Sensores
Apoyos y marca en el eje correcto
Colocamos dos acelerómetros (sensores de vibración) en los apoyos de rodamiento del eje con la polea, en radial, sobre metal limpio junto al rodamiento. Pegamos la marca reflectante en ese mismo eje. Una marca en el eje del motor daría la fase de un rotor ajeno: en una transmisión por correa las revoluciones de los ejes son distintas.
- Arranque 0
Medición inicial
Revoluciones de trabajo, régimen estabilizado. Registramos la vibración global en mm/s RMS (valor eficaz), la amplitud y la fase de la componente 1x —la vibración exactamente a la frecuencia de giro del eje; la fase indica su posición angular respecto a la marca—. Además registramos el espectro (el desglose de la vibración por frecuencias) y la señal temporal. Comprobamos las revoluciones con la relación de transmisión según los diámetros de las poleas. Si 1x no domina, nos detenemos y explicamos por qué.
- Masa de prueba
Un arranque por plano
Numeramos los radios o marcamos la llanta en posiciones fijas. Fijamos una masa de prueba pesada en la posición 1, con imán o con una mordaza. La polea es ligera, la respuesta en amplitud y fase suele ser clara, y el arranque válido sale a la primera.
- Corrección
Taladrado o tornillo
El programa calcula la masa y la posición, y para retirar metal calcula el diámetro y la profundidad del orificio. Taladramos la llanta o colocamos un tornillo, y retiramos la masa de prueba. Arranque de control a las mismas revoluciones y con la misma tensión.
- Informe
Cifras antes y después
Si hace falta, ajuste fino con una masa pequeña. Después, el informe: mediciones por apoyo antes y después, espectros, masas y posiciones de las masas, resultados de las comprobaciones geométricas. Guardamos los coeficientes de influencia en el archivo: el siguiente equilibrado de este conjunto se hará sin arranques de prueba.
Duración típica en una polea accesible: de dos a cuatro horas, con cuatro a seis paradas de la máquina. Lo que más tiempo consume es el resguardo del accionamiento y los procedimientos de bloqueo, no el cálculo.
Uno o dos planos: el disco delgado y sus excepciones
Una polea trapezoidal habitual es un disco delgado: el ancho es notablemente menor que el diámetro, la relación entre longitud y diámetro está lejos de 0,5. La masa está concentrada en un plano, predomina el desequilibrio estático, y basta con un plano de corrección. Cómo se elige el número de planos en el caso general se explica en el artículo sobre el equilibrado en uno y dos planos.
Dos situaciones rompen la regla. La primera: una polea ancha, de varias gargantas, de seis a ocho gargantas. Aparece en ella una extensión axial, y con ella una componente de par: un par de desequilibrios en extremos distintos que hace oscilar el eje. La segunda: no se equilibra la polea, sino todo el eje, con la polea en un extremo y el semiacoplamiento o el rodete en el otro. En ese caso repartimos los planos de corrección a lo largo del eje: uno en la llanta de la polea, otro en los tornillos del semiacoplamiento o en el disco del rodete.
La medición de dos canales resuelve la cuestión con datos, no con conjeturas. Fases 1x parecidas en los dos apoyos indican desequilibrio estático y un solo plano. Fases opuestas indican desequilibrio de par y dos planos. La decisión se toma después del arranque inicial, no según un catálogo.
Dónde colocar la masa: por qué taladrar la llanta es mejor que soldar
En una polea, casi siempre es más cómodo retirar metal que añadirlo. La razón está en el material. La fundición gris soporta mal la soldadura: hace falta precalentamiento, electrodos especiales y un enfriamiento lento, o la zona de la costura se agrieta. Soldar una masa en campo a una polea de fundición es una lotería en la que no jugamos.
El taladrado resuelve el problema con limpieza. El equipo convierte la masa de corrección en un diámetro y una profundidad de orificio para un material conocido. Taladramos en la parte más gruesa de la llanta o en el disco, por el lado donde el orificio no afecta a las gargantas ni acumula suciedad.
- Primera opción: los orificios de equilibrado de fábrica, si el fabricante los previó
- Taladrado de la llanta por el lado interior o frontal, fuera de las pistas de la correa. Varios orificios poco profundos son mejores que uno profundo
- Tornillo con arandelas y contratuerca en un orificio del radio o del disco: rápido, reversible, la masa se ajusta fácilmente en el ajuste fino
- Polea de acero soldada: soldar una placa es admisible, comprobando la excentricidad tras el enfriamiento
- Masas magnéticas solo como prueba, las retiramos antes del arranque de control
- No tocamos: el fondo y las paredes de las gargantas, el borde delgado de la llanta, la zona junto al corte del casquillo cónico
Los gramos retirados al taladrar no afectan a la resistencia de la llanta, siempre que no se supere la profundidad calculada por el programa. Los métodos de fijación de masas en distintos rotores se explican en detalle en un artículo aparte.
La correa y la tensión: qué se disfraza de desequilibrio
La transmisión añade sus propias líneas al espectro, y la principal es la frecuencia de paso de la correa. Se calcula por cinemática y siempre queda por debajo de la frecuencia de giro de ambos ejes. Un tramo defectuoso de la correa recorre las dos poleas en una vuelta, así que en el espectro suele sobresalir su segundo armónico. El vibrómetro mostrará un nivel global alto, que es fácil de achacar al desequilibrio. El espectro pone cada cosa en su sitio con una sola medición: el análisis detallado con fórmulas está en el artículo sobre la vibración de las transmisiones por correa.
La tensión actúa de forma más sutil. No es vibración, sino una fuerza radial constante que carga los rodamientos de ambos ejes y determina la rigidez del sistema. En los rodamientos de bolas, la vida útil cae aproximadamente como el cubo de la carga equivalente, y el cálculo según la ISO 281 lo muestra directamente si se introduce la fuerza real de una correa sobreapretada. Para el equilibrado importa otra cosa: los coeficientes de influencia tomados con una tensión ya no son precisos con otra. Por eso la tensión se ajusta antes del equilibrado y no se toca después.
Fuentes: ISO 13373-3:2015 · ISO 281:2007
Cuándo el equilibrado de la polea in situ no ayudará
Parte de las solicitudes las cerramos sin instalar masas, y lo decimos en la primera hora en la instalación.
La llanta bate más de lo tolerado
Una excentricidad por encima de la tolerancia del fabricante indica un asiento excéntrico o una deformación. Una masa eliminará la vibración en un régimen, pero la correa seguirá pulsando en tensión en cada vuelta y desgastando las gargantas. Primero, reasentar o sustituir.
Las gargantas están desgastadas
Un fondo de garganta brillante significa que la correa trapezoidal se ha hundido y trabaja apoyada en el fondo en lugar de en los flancos. La transmisión está averiada, y las mediciones no son repetibles en ella. La polea hay que sustituirla, y equilibramos ya la nueva.
El casquillo o el cubo gira
La fase 1x varía de un arranque a otro, los coeficientes de influencia no convergen, y el equipo lo detecta de inmediato. No tiene sentido equilibrar una polea que se mueve; el conjunto se reasienta.
La correa patina
Las revoluciones del eje conducido fluctúan junto con la carga, las líneas del espectro se difuminan, no se puede confiar en la fase. Primero la tensión o un juego de correas nuevo, después la medición.
Grieta en un radio o en la llanta
Una polea de fundición con una grieta no se equilibra, se retira de servicio. Una masa enmascararía el único síntoma externo y dejaría girando una pieza que puede desintegrarse.
Se necesita un acta con el desequilibrio residual
La recepción con el desequilibrio residual medido en g·mm/kg por grados G se hace en la máquina equilibradora. In situ calculamos la tolerancia según la parte aplicable de la ISO 21940 y confirmamos el resultado con la vibración residual: para las necesidades de mantenimiento, esto suele bastar.
Fuentes: ISO 21940-11:2016
Qué obtiene y cómo solicitarlo
El resultado del trabajo son cifras, no impresiones. Usted recibe un informe con las mediciones de antes y después por cada apoyo de rodamiento: revoluciones, vibración global en mm/s RMS, amplitud y fase de 1x, espectros, masas y posiciones de las masas, datos de excentricidad, asiento y tensión. Evaluamos la vibración residual por las zonas de la parte aplicable y la edición de la ISO 20816, y calculamos la tolerancia del desequilibrio residual por el grado G.
En cuanto al precio: el diagnóstico vibracional con informe cuesta 300 EUR por equipo, el equilibrado desde 250 EUR, la factura mínima por visita es de 500 EUR. La calculadora calcula el importe exacto, que depende del número de rotores y de planos de corrección, del acceso y de la distancia de la instalación. Con base en Vila Nova de Gaia, cerca de Oporto, nos desplazamos por todo Portugal.
Acuden los ingenieros que diseñan y fabrican los equipos Balanset, y son ellos mismos quienes equilibran con ellos in situ. El Balanset-1A también se puede comprar, para equilibrar poleas por cuenta propia: dos acelerómetros, sensor láser de fase, módulo USB de dos canales, programa con posiciones fijas, cálculo de taladrado, ajuste fino y archivo de informes.
- Posibilidad de parar la máquina de cuatro a seis veces, unos minutos cada vez
- Resguardo desmontable o que se pueda abrir en la transmisión por correa
- Fotos de la polea, del cubo y de la placa de características de la máquina en la solicitud: en ellas se ve el asiento y los planos de corrección
- Marcado de las correas y datos del fabricante sobre la tensión, si los hay
- Un responsable de la puesta en marcha y del bloqueo por parte de mantenimiento
Fuentes: ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · Especificaciones del fabricante Balanset-1A · Manual de operación Balanset-1A
Preguntas frecuentes
Cambiamos las correas y la vibración no desapareció. ¿Es desequilibrio de la polea?
No necesariamente. Primero compruebe con el reloj comparador la excentricidad de la llanta y el asiento: la vibración tras cambiar las correas a menudo significa que la polea se recolocó con el casquillo torcido, o que cambió la tensión. Si la geometría está dentro de tolerancia y en el espectro domina la componente síncrona del eje con la polea, entonces sí, equilibramos.
¿Se puede equilibrar la polea del motor con las correas quitadas?
La polea motriz sí: el motor la hace girar incluso sin la transmisión, y ese arranque es útil como diagnóstico, ya que la vibración sin correas es el desequilibrio propio de la polea con el rotor del motor. La polea conducida no gira sin correas; esa la equilibramos en régimen de trabajo, con la tensión ajustada.
¿Por qué no se mantiene el equilibrado de una polea sobre casquillo cónico?
Lo más frecuente es que el casquillo esté flojo o apretado de forma desigual. La polea se desplaza poco a poco bajo carga, la posición angular de las masas cambia, y el desequilibrio compensado reaparece. Señales: polvo rojizo de fretting junto al cubo y fase 1x que fluctúa de un arranque a otro. Primero, reasentar con el par de apriete correcto de los tornillos, después el equilibrado.
¿Dónde se pega la marca reflectante en una transmisión por correa?
Solo en el eje cuya polea está equilibrando. Los ejes del motor y del mecanismo giran a revoluciones distintas, y una marca en un eje ajeno daría al equipo la fase de un rotor ajeno. Tras pegarla, comprobamos las revoluciones medidas con el cálculo por los diámetros de las poleas.
Una correa del juego está más desgastada. ¿Se puede cambiar solo esa?
No. Una correa nueva es más corta y más rígida que las estiradas, asumirá la mayor parte de la carga y pronto se estirará ella también, y la tensión entre gargantas pulsará y estropeará la medición. Cámbielas por un juego completo con la misma marca de lote, ajuste la tensión y solo entonces equilibre.
¿Se puede soldar una masa de corrección a una polea de fundición?
No conviene. La fundición gris, al soldarla en campo, se agrieta en la zona afectada térmicamente, y en lugar de un equilibrado obtendría una pieza defectuosa. En una polea de fundición trabajamos retirando metal: taladramos la llanta o el disco al diámetro y la profundidad que calcula el programa, o colocamos un tornillo en un orificio del radio. Soldar solo es admisible en poleas de acero soldadas.
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