AXILINEEquilibrado de volantes, discos de transmisión y discos de freno en el lugar de explotación
El volante perdona mucho mientras está parado, y no perdona nada en marcha. Cien kilos de fundición con el centro de masas desplazado unas décimas de milímetro sacuden la prensa hasta aflojar los pernos de cimentación. Llegamos y equilibramos volantes, discos de transmisión y discos de freno directamente en la máquina, en sus propios apoyos de rodamiento. Nuestra base está en Vila Nova de Gaia, cerca de Oporto, y realizamos visitas en toda Portugal.
Con qué llegan: síntomas y sucesos
En el volante, el desequilibrio casi siempre está ligado a un suceso. Se torneó tras una reparación del embrague. Se cambió la corona dentada. Se desmontó y se volvió a montar al cambiar el retén. El disco que en su día se equilibró en fábrica, tras cualquiera de estas operaciones, pasa a tener una nueva distribución de masa, y la máquina lo comunica ya en el primer arranque.
El segundo grupo de casos llega sin un suceso concreto: la vibración crece durante meses. Aquí el culpable suele ser el asiento, no la masa. La brida se desgasta, los pernos se estiran, el volante empieza a quedar excéntrico. En ambos casos el instrumento mostrará un pico en la frecuencia de giro —se la llama 1x, una vez por vuelta—, así que distinguimos las causas con el comparador y la medición, no a simple vista.
- El ruido y las sacudidas aparecieron tras tornear el volante, cambiar la corona o reparar el embrague
- La vibración en los apoyos del eje principal de la prensa o del cigüeñal crece con las revoluciones, aproximadamente al cuadrado
- El disco de freno hace descentramiento, las pastillas se desgastan en cuña, el disco se calienta a manchas
- Ruido creciente en el arranque y en la parada libre; a las revoluciones de trabajo tiembla toda la carcasa de la máquina
- Se aflojan los pernos de fijación del volante, y de la junta sale polvo rojizo de fretting —el desgaste por rozamiento en una junta floja—
- Los apoyos de rodamiento del eje con el volante los cambia con más frecuencia que los demás
- Tras montar el conjunto volante más semiacoplamiento más polea, la vibración es mayor que antes de desmontarlo
Los límites absolutos de vibración dependen de la máquina y de la rigidez de los apoyos; compruébelos según la parte y edición aplicable de la norma ISO 20816. Para decidir si conviene una visita basta con la tendencia: si el nivel en los apoyos ha subido una vez y media o el doble tras trabajar en el volante, la causa hay que buscarla en lo que se ha tocado con las manos.
Fuentes: ISO 20816-1:2016
Por qué un disco pesado es sensible a los gramos
La fuerza centrífuga crece linealmente con la masa y al cuadrado con la velocidad. Un gramo a un radio de 250 mm a 1500 rpm tira con una fuerza de unos 6 N; a 3000 rpm, casi 25 N. Veinte gramos de más en la llanta a 3000 rpm son medio millar de newtons de carga giratoria que cambia de dirección en cada vuelta y pasa íntegramente por los apoyos de rodamiento. La vida útil calculada de los rodamientos según ISO 281 no verá esta fuerza si no se ha incluido en el cálculo.
Ahora, sobre la tolerancia. Para los volantes se suele aplicar la clase de precisión de equilibrado G 6,3; algunas máquinas exigen G 2,5; compruebe la aplicabilidad según la parte y edición vigente de la norma ISO 21940. A 1500 rpm, la clase G 6,3 significa un desplazamiento residual del centro de masas de unas 40 µm; a 3000 rpm, unas 20 µm. Para un volante de 150 kg de masa, eso son solo 20–25 g en el radio de la llanta. Un disco pesado se equilibra con masas pequeñas, y un paso de unos pocos gramos ya mueve el vector de forma notable.
Y hay otra cara de la moneda. El plano de corrección del volante es, en la práctica, uno solo, la llanta, y su diámetro es pequeño en relación con la masa del disco. Esos mismos gramos hay que colocarlos con precisión en el ángulo: un error de una posición desvía parte de la corrección. Por eso trabajamos con pesaje preciso, posiciones fijas y un arranque de control después de cada corrección. El Balanset-1A calcula la masa por el método de los coeficientes de influencia —según la respuesta de la máquina a la masa de prueba— y controla la tolerancia por clases G directamente en el programa, de modo que en el protocolo no se ve un «ha quedado más silencioso», sino que se ha entrado en el campo de tolerancia en g·mm.
Fuentes: ISO 21940-11:2016 · ISO 281:2007 · Especificaciones del fabricante Balanset-1A
Asiento y descentramiento: una causa aparte que las masas no resuelven
El volante se monta bien en la brida del cigüeñal con un resalte de centrado y pernos en circunferencia, bien en el extremo del eje con chaveta o cono, como en las prensas. Ambas variantes tienen sus propias vías hacia la vibración, sin relación alguna con la distribución de masa. Las comprobamos antes del primer arranque, con la máquina parada y bloqueada.
| Qué comprobamos | Cómo | Qué significa el resultado |
|---|---|---|
| Descentramiento radial de la llanta y del resalte de centrado | Comparador de reloj, giro completo y lento del eje | Un descentramiento por encima de la tolerancia del fabricante indica un asiento excéntrico: el centro de masas está desplazado por completo, y las masas solo lo compensarán en un único régimen |
| Descentramiento axial de la llanta | Comparador sobre la cara frontal, cerca del diámetro exterior | Una llanta pesada que oscila genera una componente de momento —un par de fuerzas que hace bascular el eje—. Un solo plano de corrección no lo resuelve: hace falta reparar el asiento, y a veces un segundo plano |
| Pernos de fijación | Masa del juego, par de apriete en cruz en varias pasadas | Pernos de distinta masa repartidos en la circunferencia son, por sí mismos, un desequilibrio. Una junta mal apretada produce fretting y una fase 1x inestable |
| Chaveta y cono en los volantes de prensa | Holgura, huellas de polvo rojizo, control del apriete | Un asiento móvil implica coeficientes de influencia inestables: el cálculo de la masa no se repite de un arranque a otro |
| Grietas en la llanta, el cubo y la corona dentada | Inspección con iluminación, golpeteo de comprobación | Con una grieta, el volante no se equilibra. Es una cuestión de sustituir la pieza, no de masas |
Indicio de un asiento flojo en la medición: la fase 1x —la posición angular de la vibración respecto a la marca del eje— varía decenas de grados entre arranques con las mismas revoluciones. En ese caso detenemos el equilibrado y mostramos qué hay que reparar. Cómo distinguir el desequilibrio de la desalineación por la fase en los apoyos se explica en un artículo aparte; cuando hay acoplamiento con el accionamiento, evaluamos también la alineación de ejes.
Conjunto montado: volante, semiacoplamiento, polea
En una máquina real, el volante rara vez está solo. En el mismo eje van montados el semiacoplamiento, el disco de transmisión y, a veces, una polea. Los desequilibrios de las piezas se suman vectorialmente, y un conjunto formado por piezas equilibradas por separado puede salirse de tolerancia sin problema. Por eso equilibramos el montaje completo, en sus propios apoyos de rodamiento, a las revoluciones de trabajo.
Cuando hace falta entender quién aporta exactamente el resto del desequilibrio, ayuda el equilibrado por índices: la pieza se reposiciona respecto al eje un ángulo conocido, se repite la medición y, por el desplazamiento del vector, el equipo separa la contribución de la pieza y la del eje. El Balanset-1A lleva este procedimiento de serie. También resulta útil en conjuntos que se desmontan con regularidad durante el mantenimiento: se conoce la contribución de cada pieza, y tras el montaje basta con un breve ajuste fino (trim) según los coeficientes guardados, en lugar de un ciclo completo con pruebas de arranque.
- Antes de desmontar, marcamos la posición relativa del volante, el semiacoplamiento y el eje con granete o pintura
- Montamos en la misma posición angular: una posición distinta es un desequilibrio nuevo
- Tras tornear, cambiar la corona o el embrague, equilibramos el conjunto de nuevo; el resultado anterior ya no es válido
- Una segunda visita a la misma máquina es más corta: los coeficientes de influencia guardados ahorran pruebas de arranque
Fuentes: Manual de operación Balanset-1A
Cómo se desarrolla el trabajo en la instalación
- Inspección
Acceso y geometría
La máquina está parada y bloqueada. Retiramos el cárter o abrimos la ventana de inspección, y decidimos dónde irá la masa y dónde se puede taladrar. Medimos con el comparador el descentramiento radial y axial, y comprobamos el apriete de los pernos y el asiento.
- Sensores
Apoyos y marca
Dos acelerómetros en los apoyos de rodamiento del eje con el volante, en dirección radial, sobre metal limpio junto al rodamiento. Pegamos la marca reflectante en la llanta o en el eje, en la zona de visión del sensor láser de fase. Alejamos los cables de las partes giratorias.
- Arranque 0
Medición inicial
Revoluciones de trabajo, régimen estabilizado. Registramos la vibración total en mm/s RMS (valor eficaz), la amplitud y la fase de la 1x en ambos apoyos, el espectro —el desglose de la vibración por frecuencias— y la señal en el tiempo. Si lo que predomina no es la componente de giro, sino armónicos o frecuencias de rodamiento, lo decimos de inmediato.
- Marcado
Posiciones fijas
Numeramos los orificios de fábrica, los pernos o los radios en el sentido de giro. Introducimos en el programa el número de posiciones y el radio real. El equipo responde con un número de posición y una masa, de modo que es imposible confundir el ángulo o el sentido de la referencia.
- Arranque de prueba
Masa pequeña, un arranque por plano
Colocamos la masa de prueba pesada en la primera posición. En un disco pesado, la respuesta a los gramos es notable, así que usamos una masa pequeña. Un arranque válido cambia la amplitud de 1x un 20–30 % o la fase 20–30 grados.
- Corrección
Masa o taladro, control, protocolo
El programa indica la masa y la posición, y en caso de retirada de metal, el diámetro y la profundidad de los orificios. Colocamos la masa o taladramos, hacemos el arranque de control y, si hace falta, añadimos una pequeña masa a las ya instaladas. En el protocolo constan las revoluciones, los vectores antes y después, las masas, las posiciones y la evaluación según la clase G.
Un volante con acceso normal a la llanta en un solo plano se suele resolver en dos a cuatro horas, incluidas las paradas. El tiempo lo consumen los cárteres y los arranques de la máquina, no el cálculo. Los volantes gruesos de prensa y los conjuntos montados con planos separados a veces requieren un segundo plano, lo que añade un arranque más.
Fuentes: Especificaciones del fabricante Balanset-1A
Fijación de la masa en un disco pesado: por qué taladramos y no soldamos
Los requisitos para la masa en un volante son más estrictos que en una polea ligera. La fijación debe soportar la fuerza centrífuga con un margen amplio: esos mismos 20 g en la llanta a 3000 rpm están sometidos a medio centenar de newtons, y cada arranque y parada añade un ciclo de carga. Aquí el adhesivo no es en absoluto una fijación válida; las masas magnéticas las usamos solo como prueba y las retiramos antes de entregar la máquina.
No aplicamos soldadura en los volantes, y esta es la razón. La mayoría de los volantes son de fundición, y la fundición soporta mal la soldadura: el cordón y la zona afectada térmicamente generan grietas, a menudo con retraso en el tiempo. El arco calienta el disco de forma local y deforma su geometría, y con ella varía el descentramiento. El metal aportado no se dosifica con precisión: si se pone cinco gramos de más, se obtiene un desequilibrio nuevo. Y lo principal: una masa soldada en una llanta que se mueve a 50–90 m/s es un objeto al que no se le puede dejar ni la más mínima posibilidad de desprenderse.
La retirada de metal por taladrado está libre de todo esto. La masa se dosifica con el diámetro y la profundidad del orificio, que el Balanset-1A calcula directamente en el programa. No hay efecto térmico, la geometría no varía. No hay nada que pueda desprenderse: un orificio no es una pieza. Taladramos la llanta por la cara frontal o por la periferia, allí donde lo permite el diseño, lejos de la corona dentada, las pistas de fricción y las nervaduras de refuerzo. Los métodos de fijación de masas en general se comparan en un artículo aparte; aquí lo importante es la conclusión: para discos pesados, el taladrado es casi siempre la mejor opción.
- Masa atornillada solo en los orificios de fábrica o en espárragos roscados, con freno de rosca: contratuerca, arandela de seguridad o fijador de rosca
- Pesamos la masa antes de instalarla, e introducimos en el programa la masa real y el radio
- La colocamos en un radio que se pueda reproducir en un equilibrado posterior
- Ninguna masa en las superficies de fricción de los discos de freno ni en las pistas del embrague
Fuentes: Manual de operación Balanset-1A
Discos de freno: el calor pesa tanto como la masa
El disco de freno de una máquina industrial vive en ciclos térmicos: unos segundos de frenado lo calientan cientos de grados, y luego se enfría. El calentamiento irregular deforma el disco, y el descentramiento crece junto con la temperatura. Por eso una vibración que no existía por la mañana y sí al final del turno suele indicar deformación por calor más que desequilibrio.
Distinguimos estas causas con la medición: máquina fría y máquina tras un ciclo de trabajo. Un vector 1x estable en ambas mediciones es desequilibrio; uno que crece con el calentamiento es geometría. Corregimos solo fuera de las superficies de fricción: el cubo, la brida de fijación, los orificios de fábrica. No se puede taladrar ni recargar por soldadura la pista de fricción. Tras tornear el disco, lo equilibramos de nuevo: la máquina-herramienta retiró metal respecto a su propio eje de montaje, no respecto al eje de giro de la máquina.
Las masas pegadas o magnéticas no duran en los discos de freno; el ciclo térmico las desprende. Solo fijación mecánica fuera de la zona de fricción. La metodología general para buscar las causas de la vibración a partir del espectro se explica en artículos aparte sobre diagnóstico.
Fuentes: ISO 13373-3:2015
Seguridad: la energía de la llanta
El volante acumula energía, esa es su función. Un disco de 200 kg de masa y 600 mm de diámetro a 1500 rpm porta unos 100 kJ, lo mismo que un automóvil a una velocidad superior a cincuenta kilómetros por hora. La velocidad periférica de la llanta en ese caso es de unos 50 m/s, y el doble en las máquinas de alta velocidad. Cualquier objeto que se desprenda de la llanta sale volando en dirección tangencial a esa velocidad.
De ahí un procedimiento estricto. Todo lo que se hace con las manos se hace con la máquina parada y bloqueada, comprobando la parada libre completa: un volante pesado sigue girando mucho tiempo tras la desconexión. Las masas de prueba y de corrección se frenan con fijador de rosca. El arranque después de cada instalación de masa se hace solo con el cárter cerrado; se retira al personal del plano de giro, y la zona en dirección tangencial desde una llanta abierta queda despejada durante el arranque. Un análisis detallado de los bloqueos y de la zona de proyección hay en un artículo aparte sobre seguridad en el equilibrado in situ.
Cuándo no se puede hacer in situ, precios y visita
En cuanto al precio: paquetes desde 550 EUR por máquina (diagnóstico 300 EUR + equilibrado desde 250 EUR), la factura mínima por visita es de 500 EUR; la cifra exacta para su máquina la calcula la calculadora de la web. 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 trabajamos en toda Portugal. Envíenos fotos del volante, el cárter y la placa de características de la máquina: le diremos de antemano si la masa entrará, si hará falta taladrar y qué necesitaremos de usted en la instalación.
- El asiento está dañado, la brida o el chavetero tienen desgaste: primero la reparación; las masas no sostendrán el resultado
- Grietas en la llanta, el cubo o la corona: no se puede equilibrar, la pieza se sustituye
- No hay acceso a la llanta ni siquiera por la ventana del cárter y no hay dónde poner la masa: hace falta desmontaje, a veces con equilibrado en máquina en el taller
- La máquina no alcanza revoluciones estables o el descentramiento crece con el calentamiento: primero se elimina la causa, después el equilibrado
- La vibración principal no es la 1x, sino los rodamientos, la desalineación o la resonancia: mostraremos el espectro y diremos qué corregir en lugar de usar masas
Preguntas frecuentes
¿Hay que desmontar el volante para equilibrarlo?
No. Equilibramos sobre su propio eje, en sus propios apoyos de rodamiento, a las revoluciones de trabajo. Así el resultado incluye el asiento, los pernos y todo lo que está montado junto al eje. Solo hace falta desmontarlo si el asiento está dañado, hay grietas o no hay ningún acceso a la llanta.
El volante se equilibró en la máquina equilibradora, pero al instalarlo volvió la vibración. ¿Por qué?
La máquina equilibradora equilibra la pieza respecto a su orificio de montaje. En la máquina real se añaden la excentricidad del asiento, la holgura de la chaveta, la dispersión de masa de los pernos y las piezas vecinas en el eje. Lo que sacude los apoyos es la suma vectorial de todas esas contribuciones. Se corrige equilibrando el conjunto montado in situ y marcando la posición relativa de las piezas antes de cualquier desmontaje.
¿Por qué no se puede simplemente soldar la masa, como en un ventilador?
La fundición de la mayoría de los volantes soporta mal la soldadura: grietas en el cordón y en la zona afectada térmicamente, deformación del disco por el calor, masa imprecisa del material aportado. Con una velocidad periférica de la llanta de 50–90 m/s, una masa desprendida es peligrosa. Por eso en los volantes dosificamos la masa taladrando o colocamos masas atornilladas en los orificios de fábrica con freno de rosca.
El disco de freno hace descentramiento y se calienta. ¿Ayudará el equilibrado?
Primero, la medición. Si el vector 1x es estable con la máquina fría y con la máquina caliente, es desequilibrio, y la corrección en el cubo o en los orificios de fábrica lo eliminará. Si el descentramiento y la vibración crecen con el calentamiento, es la deformación térmica la que afecta al disco: hace falta tornear o sustituir, no masas. Hacemos ambas mediciones y mostramos la diferencia con cifras.
¿Qué tolerancia se aplica a los volantes?
Lo más frecuente es la clase G 6,3; para algunas máquinas, G 2,5. La clase fija el desplazamiento residual del centro de masas: a 3000 rpm, para G 6,3 son unas 20 µm. Compruebe la aplicabilidad según la parte y edición vigente de la norma ISO 21940; en el protocolo mostramos el resto real en g·mm junto a la tolerancia.
¿Cuánto cuesta y cuánto tiempo lleva?
Paquetes desde 550 EUR por máquina (diagnóstico 300 EUR + equilibrado desde 250 EUR), la factura mínima por visita es de 500 EUR, el cálculo exacto según la calculadora de la web. Un volante con acceso normal en un solo plano se suele resolver en dos a cuatro horas, incluidos la inspección, los arranques y el protocolo. Un conjunto montado con dos planos añade uno o dos arranques.
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Responderemos a sus preguntas, concretaremos los datos iniciales y le diremos qué hace falta para el presupuesto y la visita.