Gene Vogel
Especialiste de Bombas y Vibraciones
Al igual que con la mayoría de las otras máquinas reparadas comúnmente en los centros de servicio de EASA, el balanceo dinámico de los impulsores de las bombas es una cuestión importante. El desbalanceo excesivo imparte fuerzas sobre los rodamientos, reduciendo su vida útil y sometiendo los soportes de las máquinas a una energía vibratoria que deteriora las fundaciones.
Desde la perspectiva del balanceo dinámico, los rotores de las bombas difieren mucho de los de los motores eléctricos más populares. La masa del rotor de un motor eléctrico se encuentra entre los rodamientos y la longitud de los rotores exceden a sus diámetros. Muchos impulsores de las bombas se encuentran montados en voladizo y es probable que sean más angostos que sus diámetros. Los componentes angostos pueden requerir reglas especiales para asignar el desbalanceo residual permisible (según ISO 21940-11), y pueden ser necesarias técnicas especiales para un balanceo eficiente en la máquina balanceadora.
Al evaluar la condición de una bomba durante el proceso de reparación, se toma una decisión con respecto a si el balanceo del impulsor se debe verificar / corregir en la balanceadora. Por lo general, no es práctico hacer funcionar una bomba para verificar los niveles de vibración antes de repararla. La decisión de realizar siempre una verificación del balanceo dinámico en cada reparación de una bomba elevaría innecesariamente el costo de algunos presupuestos de reparación. Si no hay desgaste o daño en un impulsor y la necesidad de reparación no está relacionada con la vibración de la máquina, el costo de verificar el balanceo del impulsor puede no estar justificado. Tenga en cuenta que algunos fallos en el eje de la bomba y en los pernos de retención del impulsor han sido atribuidos a fuerzas de desbalanceo en el impulsor. Por lo tanto, la decisión de verificar el balanceo del impulsor debe tomarse con conocimiento profundo del impacto del desbalanceo del impulsor.
Una práctica común es balancear los impulsores montados en el eje de la bomba en conjunto. Sin embargo, dado que el propio eje de la bomba difícilmente podría estar desbalanceado, un impulsor se puede balancear sobre un mandril. Ésta es la práctica común en las bombas de impulsor múltiple. Al calcular las tolerancias de desbalanceo residual permitidas se debe considerar el peso total del rotor. El cálculo de los valores de tolerancia basándose únicamente en el peso del impulsor puede dar tolerancias muy por debajo de lo necesario. En muchas bombas, balancear el impulsor montado sobre el mismo eje dará como resultado una configuración en voladizo. La configuración en voladizo presenta algunos retos para el proceso de balanceo.
Balanceo en un solo plano vs Balanceo en dos planos
A continuación, se debe tomar la decisión de balancear en un solo plano o en dos planos. Solía haber una regla general de que si la relación longitud-diámetro de un rotor era menos de la mitad y la velocidad de rotación estaba por debajo de las 1000 rpm, el balanceo en un solo plano resultaba aceptable. Esa regla no se ve reflejada en la actual norma ISO (ISO 21940-11). La mayoría de las bombas funcionan por arriba de las 1000 rpm, pero muchos fabricantes balancean sus impulsores en un solo plano. Esto está bien, si controlan su proceso de fabricación para minimizar el “desbalanceo en cupla”, pero ha habido numerosas ocasiones en las que ese no es el caso.
Por cierto, si no está familiarizado con el término “desbalanceo en cupla”, encontrará muy útil un tutorial sobre el balanceo en cupla estático. Esto es fundamental para balancear los impulsores de las bombas (vea el artículo técnico de EASA: “Most Common Methods of Balancing Overhung Rotors”). La recomendación es balancear en dos planos. Una vez que el impulsor está montado en la máquina balanceadora, el balanceo en un solo plano tiene pocas ventajas (Figura 1).
En el impulsor de una bomba, las correcciones del balanceo se realizan quitando peso, generalmente retirando material de las cubiertas del impulsor. Las zonas desbastadas deben quedar lisas. No se aconseja perforar agujeros ya que estos generan turbulencias localizadas durante el bombeo. Dado que es difícil “rehacer” un peso de corrección después de retirar material, la corrección inicial se debe realizar colocando masilla en el impulsor. Cuando se logre un balanceo aceptable, desbaste los pesos de corrección a 180 ° de la ubicación de la masilla. Si los resultados del balanceo inicial con masilla indican que se requiere una gran cantidad de peso de corrección en cupla, evalúe si fuese práctico balancear el impulsor en dos planos. El gran desbalanceo en cupla suele ser provocado por defectos en la fundición y el mecanizado durante el proceso de fabricación. Nuevamente, los fabricantes intentan controlar estas defectos y balancean los impulsores en un solo plano. Cuando no sea práctico corregir el desbalanceo en cupla en un impulsor, por lo general es el impulsor “malo” el que se debe reemplazar.
EASA recomienda que los impulsores de la bomba se balanceen con un grado G2.5 de acuerdo a la norma ISO 21940-11. En las bombas de alta energía se aplican procedimientos especiales de balanceo como lo define la norma del Instituto Hidráulico (ANSI-HI Pump Standard). Por lo general, las bombas de alta energía no se encuentran en los centros de servicio de EASA.
VTPs + Bombas de carcasa partida
Dos tipos de bombas multietapas son comunes en los centros de servicio de EASA: Bombas tipo turbina verticales (VTP) y bombas de carcasa partida. Cuando se requiera balancear bombas multietapas, cada impulsor se debe balancear en dos planos en un mandril. Luego, el impulsor se debe ensamblar en el eje de la bomba y será necesario verificar el montaje para asegurarse que cumple la tolerancia G2.5. Más allá de esto, los procedimientos para las VTP y las bombas de carcasa partida son diferentes.
En las VTP, el impulsor y cualquier collar o hardware de montaje deben tener marcas de coincidencia y el rotor se debe desmontar para un montaje adecuado en los tazones de la bomba. También, al verificar el balanceo del rotor ensamblado, si este se encuentra fuera de las especificaciones, verifique la excentricidad del eje y el montaje del impulsor. En el rotor ensamblado, se puede realizar un balanceo leve por desbaste, pero un desbalanceo excesivo indica un problema que necesita ser corregido (Figura 2).
En las bombas multietapas de carcasa partida, el rotor es ensamblado en la carcasa para el montaje final excepto que las tuercas en el eje que sujetan los impulsores en su sitio están apenas ajustadas, pero no apretadas. Cualquier casquillo u otras componentes estáticas que deban ser montadas entre los impulsores se pueden instalar. Cuando se hace girar el rotor en la balanceadora, las componentes estáticas se pueden amarrar con una cuerda a la base de la balanceadora. Esto evitará que giren (aplicando un poco de aceite de máquina entre ellos y el eje). Una vez se haya confirmado que el balanceo del rotor montado está dentro de tolerancia, apriete las tuercas del eje y vuelva a comprobar el balanceo. Es probable que cualquier cambio significativo en el balanceo del rotor con las tuercas del eje apretadas se deba al descentramiento del manguito del eje o de las caras axiales del impulsor. Tal desviación hará que el eje se doble cuando las tuercas del eje se aprieten.
Un buen entendimiento del balanceo en cupla y de los procedimientos para rotores de bombas multietapas es esencial para completar una reparación de calidad. El artículo técnico de EASA mencionado anteriormente y el Seminario: Fundamentals of Pump Repair y el manual asociado, son recursos útiles para consultar.
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