Máquinas de equilibrado VSR
La demanda natural en la industria de la reparación de turbos en la última década ha llevado a la aparición en el mercado de varias máquinas de equilibrado VSR de alta velocidad. Hoy en día, todos los talleres de renombre cuentan con máquinas de equilibrado de alta velocidad y la reparación de todo tipo de turbos es una práctica habitual en la mayoría de países.
Variaciones en las máquinas de equilibrado
Una de las preguntas más frecuentes que recibimos en Melett es acerca del equilibrado de cartuchos y por qué hay variaciones en la gráfica de equilibrado entre diferentes máquinas VSR. Esto es algo que a menudo preocupa a nuestros clientes ya que, si reciben un cartucho equilibrado de Melett e intentan confirmar el equilibrado de este en su propia máquina, verán que a menudo los resultados de la gráfica de balanceo son diferentes a los proporcionados con nuestros cartuchos. También es común que el cartucho parezca estar desequilibrado en su propia máquina, lo cual no es aceptable.
A diferencia del equilibrado de rotor a baja velocidad, el proceso de equilibrado del CHRA a alta velocidad es muy complejo. Existe una gran variedad de factores que influencian el desequilibrio residual del ensamble a alta velocidad. Lo más importante de entender es que cuando el cartucho es analizado a alta velocidad, el propio chasis y mecanismo de la máquina VSR resuena, produciendo vibraciones que a su vez afectan las mediciones. Uno de los procesos críticos durante la fabricación de las máquinas VSR es encontrar la resonancia exacta de la máquina y, mediante el software, cancelar este perfil de vibraciones de la máquina para velocidades de operación. Haciendo esto, la gráfica obtenida solo mostrara el perfil de vibraciones del cartucho analizado.
En resumen:
El problema que tienen los fabricantes es que las vibraciones de la máquina variarán ligeramente de una máquina a otra como resultado de una serie de factores inherentes a la estructura y componentes de cada una. Entender esto hace que las variaciones de una máquina a otra sean más comprensibles.
Factores que influyen en las mediciones entre una maquina u otra:
El adaptador – Cada fabricante de adaptadores tiene sus propio diseño, por lo que cada adaptador, incluso para la misma referencia de turbo, tendrá propiedades ligeramente distintas dependiendo del fabricante (según el grosor de la pared de fundición, el grosor de los platos o las propiedades del material con el cual es fabricado). Por consiguiente, cada adaptador producirá una vibración ligeramente distinta durante el funcionamiento en comparación con la vibración original detectada y contrarrestada por el fabricante de la máquina.
Fuerza de sujeción – es posible que el mismo cartucho produzca vibraciones algo distintas según la fuerza con la que se acople el cartucho al adaptador, ya que esto afectará la transferencia de vibraciones del cartucho a la máquina. La fuerza de sujeción variará de una máquina a otra y de un operario a otro.
- Ya que los adaptadores generalmente utilizan fijaciones de estilo cónico, las pequeñas variaciones en la fabricación de las piezas de fijación harán que la fuerza de sujeción sea diferente de un adaptador a otro.
- Cada operario fijará el CHRA con una fuerza diferente.
- Los distintos diseños de fijación entre fabricantes de máquinas producirán fuerzas de sujeción distintas.
Si tenemos esto en cuenta, sería muy difícil conseguir que dos máquinas de equilibrado distintas produzcan la misma gráfica de equilibrado para el mismo CHRA.
No hay una respuesta fácil a la pregunta de por qué un cartucho que ha sido equilibrado obtiene diferentes lecturas en distintas máquinas. Para una mayor consistencia, Melett solo utiliza máquinas de equilibrado Turbo Technics en toda su línea de producción de CHRA. Adicionalmente, nuestro departamento técnico cuenta con equipos CIMAT y Schenk para garantizar que cualquier reclamo relacionado con el equilibrado se pueda investigar a profundidad.
Algo a tener en cuenta: generalmente, las lecturas entre máquinas no deberían variar significativamente ya que estas están diseñadas para obtener los mismos resultados.
¿Por qué es necesario equilibrar los cartuchos?
La industria de la reparación de turbos es un mercado global bien establecido que se remonta a la década de 1960. Hasta finales de 1990, el mercado de la reparación de turbos se centraba principalmente en la reparación de turbos de vehículos comerciales de mayor tamaño. El auge de los turbo diésel Common Rail en vehículos de pasajeros y la tendencia más reciente a reducir el tamaño de los motores a gasolina mediante la turbocompresión, ha provocado a su vez, un incremento significativo en el porcentaje de turbos de menor tamaño en el mercado y por consecuencia en la demanda de equilibrado VSR de alta velocidad.
Un turbocompresor completo es básicamente un ensamblaje de piezas rotatorias colocadas en un cuerpo central (CHRA o cartuchos ensamblados) con carcasas fijadas a ambos lados. La carcasa de la turbina dirige los gases de escape para mover la turbina y la carcasa del compresor dirige el aire comprimido hacia el motor. La carcasa de la turbina ocasionalmente tendrá una válvula de escape para controlar la velocidad de la turbina o, como es más habitual en los motores diésel, habrá un mecanismo de geometría variable que proporcionará un mayor control del turbo, reducirá el retraso y mejorará el rendimiento. La válvula de escape o el mecanismo de geometría variable a su vez son accionados por un actuador, que puede bien estar controlado de forma electrónica o por un sistema de vacío.
El CHRA es un rotor (con la turbina en un lado y la rueda compresora en el otro) que está sujeto por un sistema de cojinetes que le permite rotar a gran velocidad en una capa de aceite presurizado. Tradicionalmente, los reparadores desmontan por completo el turbo y el CHRA, examinan todas las piezas, sustituyen las que sean necesarias e instalan cojinetes y sellos totalmente nuevos.
Al igual que con las llantas de los vehículos que se deben equilibrar después de cambiarlas, el CHRA también debe equilibrarse después de desmontarlo y volver a colocarlo.
Es importante entender que todos los objetos que giran alrededor de un eje central tendrán cierta cantidad de desequilibrio, lo que creará una frecuencia de resonancia (o vibración) a ciertas rpm. La velocidad y la fuerza de las vibraciones van a estar directamente relacionadas con la el desequilibrio total del cartucho en sí. Para compararlo con las ruedas del coche, las vibraciones se notarían en el volante. Sin embargo, si la rueda se equilibra con mayor precisión, la frecuencia de resonancia se reduce y pasa a una mayor rpm, lo cual está por encima de la máxima velocidad del vehículo y, por lo tanto, soluciona el problema.
El CHRA del turbo es una pieza de alta precisión diseñada para funcionar a temperaturas de hasta 800 °C al mismo tiempo que velocidades de rotación de más de 230.000 rpm (¡esto corresponde a más de 3.800 revoluciones por segundo!).
Para poder funcionar bajo condiciones tan extremas, cada pieza que forma parte del conjunto rotatorio del CHRA se fabrica bajo las tolerancias más ajustadas de la industria de la automoción (tan pequeño como 0.002 mm). Las ruedas compresoras y la turbina también son diseñadas con muy alta precisión y equilibradas individualmente con equipos especializados durante el proceso de fabricación. Sin embargo, cuando se ensambla un rotor, la acumulación de pequeños desequilibrios en todas las piezas puede crear un rotor desequilibrado que producirá una vibración excesiva a velocidades de operación normal del CHRA.
De la misma forma que las ruedas del coche se equilibran a baja velocidad, tradicionalmente los rotores de turbos comerciales de mayor tamaño también se equilibraban a baja velocidad. Al conseguir cierto nivel de equilibrio a baja velocidad, la frecuencia de resonancia del rotor estaría muy por encima de las velocidades de funcionamiento del turbo. Sin embargo, a medida que los turbos se hicieron más pequeños las velocidades de rotación aumentaron considerablemente, lo que hace que las frecuencias de resonancia ahora estén dentro del rango normal de funcionamiento. Para asegurar que estos CHRA más pequeños no vibren de forma excesiva durante su funcionamiento, estos deben equilibrarse en una máquina de equilibrado de alta velocidad capaz de acelerar el CHRA a su máxima velocidad de funcionamiento. Esto sirve para medir las vibraciones a medida que el rotor pasa a través de sus frecuencias de resonancia.
En más del 99 % de los casos, los CHRA desequilibrados presentan vibraciones fuera de los límites aceptables y deben ser nuevamente equilibrados para asegurar que el turbo funcionará correctamente.
No equilibrar los CHRA en maquinaria especial puede ocasionar vibraciones excesivas a medida que el turbo aumente de velocidad, lo que ocasiona ruidos (silbidos) y el deterioro de la capa de aceite en los cojinetes. Esto a su vez, causará un fallo prematuro del sistema de cojinetes, a menudo, sin signos obvios de contaminación de aceite o falta de lubricación.
Lo más importante es que la vida del turbo se verá considerablemente reducida si el CHRA no está equilibrado correctamente. En los peores casos, produciendo niveles de ruido inaceptables durante su funcionamiento y fallando catastróficamente a los pocos días.
Como consecuencia de las altas velocidades de rotación, el nivel de precisión en la fabricación de los recambios para turbos es extremadamente importante. Puesto de manera muy simple, utilizar piezas de repuesto de baja calidad hace que sea más difícil equilibrar el CHRA. Esto frecuentemente significa que los CHRA de baja calidad no están equilibrados a un nivel adecuado y fallan mucho antes de lo previsto.
Utilizar piezas que no estén fabricadas con las condiciones, tolerancias o dimensiones específicas puede llevar a la acumulación de desequilibrio en los componentes y eventualmente causando el fallo prematuro del turbo.
Todos los CHRA que tengan ejes de turbina con diámetro inferior a 50 mm pasarán por la frecuencia de resonancia durante su funcionamiento normal. Como guía, esto abarca todos los turbos instalados en motores diésel de hasta 4 litros de capacidad.
Todos los CHRA deben reequilibrarse después de desmontarse, aun así se reutilicen todos los componentes. El simple hecho de apretar y aflojar la tuerca del eje puede afectar considerablemente la condición de equilibrio del rotor, es por esto que no es posible desmontar un turbo, instalar sellos nuevos y volver a armarlo sin reequilibrar el cartucho. TODOS los cartuchos deben ser equilibrados a alta velocidad.
La clave para maximizar la vida útil de un turbo reparado es utilizar piezas de calidad, fabricadas con precisión e individualmente equilibradas. Adicionalmente, se deben utilizar máquinas de equilibrado de alta velocidad para asegurar que los cartuchos estén bien equilibrados.
Proveedores de máquinas de equilibrado VSR
En Melett, a menudo nos piden que recomendemos proveedores de maquinaria VSR para las reparaciones de turbos.
Hoy en día existen diversos fabricantes de maquinaria que suministran al mercado de repuestos de turbo. Las máquinas actualmente disponibles en el mercado pueden variar considerablemente en precio así como en funcionamiento por lo que recomendamos que compare los diferentes equipos en el mercado para ver cuál se ajusta a sus expectativas y presupuesto.
Las siguientes tres empresas son las más reconocidas en la industria y presentamos el siguiente resumen de forma objetiva para ayudarles a decidir cuál es la mejor opción para su negocio.
