Una pregunta muy común en nuestros cursos y por email se relaciona con el “punto pesado” y con “punto alto.” ¿Qué son? ¿Cómo las puedes medir? ¿El ángulo se mide en contra o a favor de la rotación? ¿De qué manera el tipo de sensor (medición en carcasa del acelerómetro vs. Desplazamiento de sensor de proximidad) afecta el punto alto? ¿De qué manera las unidades de vibración afectan el punto de alto? ¿Los rotores rígidos y flexibles tienen puntos altos y puntos pesados?

Con frecuencia se mal entiende la diferencia entre punto pesado y punto alto, pero no tiene por qué ser confuso.

El Punto Pesado

El punto pesado es simplemente el desbalance físico. Es la suma de todo lo que contribuye al desbalance, como acumulación de material, erosión, corrosión, componentes faltantes, diferentes densidades de material, mal ensamble, etc. Todo se puede sumar como una sola masa en un sitio. Si yo agregara un poco de desbalance en un sitio, esto tiene su efecto, y lo puedo agregar en más sitios. Todo se suma en este vector. Ese punto pesado estará más claro cuando el plano comience a girar.

Cuando balanceamos el rotor, el punto pesado es lo que queremos contrabalancear. Podemos hacer un hoyo en ese sitio y retirar el peso equivalente, o podemos colocar el peso equivalente opuesto al punto pesado.

Si hay desbalance, el eje se mueve en un movimiento excéntrico porque el peso adicional a halado el centro de masa alejándolo del centro geométrico de este disco. Y mientras mayor sea el peso del disco, menor será el efecto del punto pesado.

Aquí tiene unas cuantas cosas que debe recordar acerca de los puntos pesados:
· Es una propiedad física.
· Es independiente de la velocidad (no exactamente, los rotores flexibles y las diferentes formas de modos pueden cambiar sus efectos).
· Es independiente de la técnica de medición.
· Hace que el centro de masa (centro de gravedad) se aleje del centro geométrico.

El Punto Alto.

El punto alto es el pico de la onda senoidal en la velocidad de operación, representada como un ángulo a nuestra referencia de fase. Solo recuerde que mientras que el punto pesado es una propiedad física, el punto alto es parte de una medición.

Cuando tomamos nuestras mediciones, tenemos una onda senoidal (recuerde que estamos hablando de una frecuencia específica, o velocidad, y por eso habrá una onda senoidal). El punto alto es el pico de la señal después de ver el pulso del tacómetro. Por eso necesitamos una manera de medir la fase. Estamos interesados en donde está el punto alto, relativo al punto pesado.

Las unidades de vibración son importantes, y la forma en que medimos es importante. Las unidades y las formas de medir crean la onda senoidal que vemos. Queremos saber de qué manera el ángulo fase, que leemos, está relacionado con el punto pesado físico en el rotor.
Supongamos que tenemos sensores de proximidad montados cerca del rodamiento. Esos sensores observan y miden el movimiento del eje. Si el eje se está moviendo en forma circular, esos sensores lo verán. Tengo un keyphasor mirando el cuñero (no la cuña en este caso, por eso está en una posición axial diferente), y dos sensores (solo necesitamos uno para esta conversación). Los sensores nos darán una lectura de fase, la cual indicará donde está el punto alto.

Aquí está el rotor, girando en forma circular. La forma de onda en la parte inferior proviene del sensor X. En el disco, la equis dentro del círculo es el centro de rotación. Para simplificar, podemos decir que es el centro del rodamiento. El punto pesado rojo, la suma de las fuerzas de nuestro desbalance, halaron el punto amarillo, que es el centro de masa, alejándolo del centro geométrico. Esto hace que el rotor tenga un movimiento excéntrico. Si no hubiera ningún desbalance de masa, el punto amarillo y las dos equis estarían en el mismo sitio. Pero el punto pesado jaló el centro de masa (punto amarillo) alejándolo del centro geométrico (equis que no tiene círculo).

¿Cuándo está el Punto Alto en el Punto Pesado?

El punto alto está en el “mismo” (no siempre exacto) ángulo que el punto pesado cuando el rotor se comporta como un rotor rígido y nosotros estamos midiendo el desplazamiento. Recuerde que hasta los rotores flexibles se comportan como rotores rígidos en ciertas velocidades. El punto pesado causa fuerzas centrífugas y, por lo tanto, movimiento elíptico (por el momento, desecha la gravedad, rigidez del rodamiento, etc.). Con un rotor rígido, el extremo del movimiento está en el punto pesado. Si medimos desplazamiento, el punto alto (medido) está en el punto pesado (físico).

Si un rotor perfectamente balanceado estuviera girando, el centro de masa, el centro geométrico, y el centro de rotación estarían en el sitio. Si yo lo tocara ligeramente con un marcador, trazaría una línea pareja alrededor. Una medición con un sensor de proximidad nos daría una línea plana.

Por el otro lado, si tenemos un rotor desbalanceado que se comporta como un rotor rígido, el punto pesado halará el centro de masa (punto amarillo) alejándolo del centro geométrico (equis rotatoria). Y si acercáramos más el marcador como para tocar el rotor, haría una marca justo en el punto pesado, porque el marcador es sensible al desplazamiento, no a velocidad ni a aceleración.
Porque este es, otra vez, un rotor rígido, este punto es también el punto alto. Los sensores son sensibles a desplazamiento, igual como el marcador. Si miráramos otra vez la forma de onda, los picos de la forma de onda X corresponden a las veces cuando el punto pesado estaba más cerca del sensor X. El pico es, claro está, el punto alto. Así que aquí, estamos midiendo desplazamiento en un rotor rígido, y el punto alto está en el mismo sitio que el punto pesado.

Esto cambia cuando medimos con diferentes unidades, a saber, velocidad y aceleración. Activemos esos vectores. Al girar el eje, el vector de aceleración pasa nuestro punto del sensor, seguido por velocidad, seguido por desplazamiento. En otras palabras, el desplazamiento va atrás de velocidad, y velocidad va atrás de aceleración. Usualmente medimos el atraso de la fase, por eso los ángulos de fase positivos van contra la dirección de la rotación.

Observe lo que sucede si cambio a un sensor de velocidad, el cual es sensible a la velocidad del movimiento. Esa onda senoidal se mueve, porque la velocidad del movimiento es más fuerte cuando esa flecha verde pasa por el sensor. Allí es cuando el rotor se está moviendo más rápido hacia el sensor.

Si selecciono “acelerómetro,” la onda senoidal se mueve otra vez, y el pico ocurre cuando la flecha azul pasa por el sensor y el punto pesado está en el lado opuesto. Hay una diferencia de 180° entre aceleración y desplazamiento.

Vea que no hablo de un acelerómetro colocado en un rodamiento; solo estoy tomando la señal de desplazamiento y convirtiéndola en velocidad o aceleración. Aquí hay una gran diferencia. Si tomara una señal de un acelerómetro montado en un rodamiento y lo convirtiera a desplazamiento, ese desplazamiento sería diferente de la señal que viene de un sensor de proximidad. El sensor de proximidad mide el movimiento relativo entre el eje y el sensor. Cuando convertimos la señal de aceleración de un acelerómetro a desplazamiento, en esencia estamos midiendo el desplazamiento del mismo rodamiento. Y puede haber una discusión más larga sobre ese tema. Básicamente, si convertimos la señal de aceleración en desplazamiento, todavía nos dará una muy buena idea de donde está el punto pesado.

Rotores Flexibles

Al trabajar con rotores flexibles, el punto alto está atrás del punto pesado. Aquí, el punto rojo representa el punto pesado. Pero el punto alto (punto verde) está atrás del punto pesado, y el marcador deja una marca en el punto alto. Recuerda que el punto alto es el pico en la forma de onda cuando medimos desplazamiento, y el punto pesado es una propiedad física, que no está siendo afectada por la velocidad. Este atraso es introducido como un motor flexible se acerca a su velocidad crítica.

Veamos otra vez nuestro disco y la forma de onda, pero ahora estamos tratando con un rotor flexible. Cuando el rotor gira lentamente, se comporta como un rotor rígido, significando que el punto pesado y el punto alto están en el mismo sitio. También, a baja velocidad, las fuerzas centrífugas no son todavía lo bastante fuertes como para jalar el centro de masa alejándolo del centro de rotación. El eje girará sin vibración. Conforme el eje comienza a girar más rápido, el punto verde comienza a quedar atrasado. La medición de la fase (arriba) representa el ángulo de fase entre el punto pesado y el punto alto. Esto es movimiento físico.

Al ir más rápido, se incrementan las fuerzas centrífugas hasta que el rotor alcance su velocidad crítica (abajo), y después la relación de la frecuencia de la velocidad crítica se estabiliza. Con un rotor rígido, puede dibujar una línea desde el centro rotacional, a través del centro geométrico, centro de masa, y el punto pesado y el punto alto. Aquí, con un rotor flexible a la velocidad crítica, el ángulo fase es compensado (mostrado arriba).

Cuando el rotor flexible alcanza su velocidad crítica, el atraso entre el punto pesado y el punto alto es de 90°. Si vamos aún más rápido, la vibración baja y se nivela, con el punto alto casi opuesto al punto pesado. Después de esto, la vibración ya no se incrementará, aunque el eje gire muy rápido. Esto es porque el eje está girando alrededor del centro de masa.

Claro está, todavía queremos balancear este rotor para que no vibre mientras se va acelerando. Con los rotores rígidos, podemos agregar un peso equivalente y opuesto al punto pesado, lo cual es fácil de encontrar. Con los rotores flexibles, debemos tener presente ese atraso para que podamos encontrar el punto pesado.