Gene Vogel
Especialista de Bombas y Vibraciones de EASA 

Los motores verticales son un elemento común en la mayoría de los centros de servicio adscritos a EASA y existen diversas aplicaciones para ellos, sin embargo la mayoría de ellos se montan en bombas de turbina vertical (VTP). Los motores verticales pueden tener eje hueco o eje sólido; los de eje hueco se utilizan exclusivamente en VTP y en este tipo de aplicaciones la vibración es un problema común. Un artículo mucho más extenso podría ampliar el tema de la vibración de los motores verticales, pero este artículo se centrará en el desbalanceo y la vibración a 1x RPM.

El desbalanceo genera una fuerza de 1x RPM que produce vibración a esa frecuencia. Sin embargo, la vibración y el desbalanceo no son lo mismo. La amplitud de la vibración puede variar en función de numerosos factores: la velocidad de rotación, la rigidez del montaje, la presencia de frecuencias naturales (resonancia), entre otros. En teoría, el desbalanceo de un rotor rígido no cambia y las unidades de desbalanceo son oz-pulgada o gramo-mm. La magnitud del desbalanceo no cambia solo porque el rotor funcione a una velocidad diferente o porque esté montado sobre una base blanda. Entonces, ¿por qué los motores verticales son tan susceptibles al desbalanceo? 

Varias de las razones para esto se relacionan con su diseño y construcción. Otro factor es el montaje en vertical, que puede permitir vibraciones excesivas incluso con un leve desbalanceo; lo que se percibe como desbalanceo puede requerir solo una pequeña cantidad de peso corrector. 

Un factor del diseño y construcción de los motores verticales es que el rodamiento superior (y a veces el inferior) está montado en un porta rodamientos (bocin) que se ajusta con holgura al eje del motor (Figura 1). Esta holgura permite ajustar el juego axial del motor después del ensamblaje. Además, permite variar la ubicación del eje dentro del orificio del eje hueco. Al ajustar la tuerca de holgura, el eje puede reubicarse dentro de la holgura. Recuerde que las unidades de desbalanceo son oz-pulgada o gramo-mm, masa y distancia. Si el eje se mueve dentro del espacio libre del orificio del eje hueco, la masa del rotor se desplaza cierta distancia, lo que genera desbalanceo. La excentricidad multiplicada por la masa da como resultado un desbalanceo. Ejemplo: un rotor de 500 libras desplazado 0,001" equivale a 8 oz-pulgada de desbalanceo. Otro ejemplo en unidades métricas: un rotor de 200 kg desplazado 0,025 mm equivale a un desbalanceo de 5000 gramos-mm. Es fácil ver cómo incluso un desplazamiento muy leve del eje en el eje hueco puede provocar un desbalanceo significativo.

Otro factor relacionado con el diseño del porta rodamientos es la dificultad que presenta para poder balancear el rotor en la máquina balanceadora. Cuando se desmonta el porta rodamientos, el muñón donde se monta suele tener un chavetero y no se puede utilizar para soportar el rotor en la máquina. Sin embargo, existen varias maneras de evitar este dilema. El rotor se puede apoyar en una sección del eje debajo del muñón de montaje del porta rodamientos. Desafortunadamente, esa superficie puede que no esté perfectamente alineada con el muñón de montaje del porta rodamientos. Por lo tanto, la excentricidad provoca un desbalanceo. Algunos centros de servicio mecanizan una sección del eje alineada con el muñón de montaje del porta rodamientos, lo cual funciona bien si se mantienen tolerancias precisas. Además, es un paso adicional dentro del proceso de reparación. Algunos centros de servicio han tenido éxito. Montar el porta rodamientos y usar el rodamiento para soportar el rotor en la balanceadora. Este método puede funcionar, pero el juego axial entre el eje y el porta rodamientos introduce holgura en el proceso de balanceo. La holgura actúa de forma diferente en la balanceadora cuando está montado en horizontal que en vertical. Los problemas derivados del diseño del porta rodamientos pueden provocar un desbalanceo del rotor en la balanceadora. 

Otro problema con los motores de eje hueco en las VTP es el cabezal del eje, que se monta a través del orificio del eje del motor. El cabezal del eje encaja en el orificio del acoplamiento en la parte superior del motor (Figura 2). El ajuste del acoplamiento a la parte superior del porta rodamientos y la concentricidad del orificio del acoplamiento pueden provocar descentramiento del cabezal del eje con respecto al eje del rotor del motor (Figura 3). De nuevo, la excentricidad multiplicada por la masa da como resultado un desbalanceo. Que el cabezal del eje esté torcido también es una variable potencial. Se recomienda usar para todas las VTP ejes con calidad para bombas (PSQ), pero es posible que el eje del cabezal no haya sido considerado parte de la bomba. Una pieza de acero laminado en frío puede estar muy por debajo de las tolerancias para ejes PSQ.

Los motores de eje sólido no presentan el desbalanceo potencial del cabezal del eje, pero sí cuentan con acoplamientos mucho más complejos que son susceptibles al desbalanceo. Aunque el desbalanceo se produce en parte inferior del eje, la vibración resultante será mayor en la parte superior del motor, por lo que es probable que se realicen correcciones de balanceo en esa zona. 

Con la combinación de las diversas causas comunes de desbalanceo que se abordan en este artículo, existe una probabilidad de casi un 50% de que cualquier motor vertical instalado en una VTP requiera balanceo en campo. A menudo, la cantidad de contrapesos de corrección es pequeña, especialmente cuando hay resonancia u otros problemas de montaje. Para cualquiera de estas causas de desbalanceo, la solución sencilla es balancear el motor instalando los contrapesos de corrección en la parte superior, generalmente en el cubo del acoplamiento o en un ventilador de refrigeración externo. Es útil informar a los clientes con antelación de que el balanceo en campo suele requerirse, proporcionando un costo estimado envés de efectuar una visita "por garantía".

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