¿Cómo afecta el desbalance la vida de un rodamiento ?

El desbalance de masa en un sistema giratorio a menudo produce excesivas fuerzas síncronas que reducen la vida de varios elementos mecánicos. Como sabemos, básicamente el desbalance es un fenómeno muy simple causado por una asimetría en el elemento giratorio que resulta en una excentricidad entre la línea central del eje y el centro de masa (véase la Figura 1). La asimetría puede ser una distribución excéntrica del peso, o puede ser un mecanismo térmico que produce calentamiento e inclinación desiguales del rotor, o puede ser un efecto eléctrico que produce un campo magnético no uniforme.

Hay varias razones por las que se debe balancear un elemento giratorio o rotor. Uno de estas razones es reducir la fuerza que soportan los rodamientos bajo estas condiciones de operación. Para eliminar el desbalance tenemos que redistribuir la masa del elemento giratorio alrededor de la línea de centros agregando o quitando pesos de los planos disponibles, lo que reducirá la fuerza centrífuga en los rodamientos. Esto se puede ver en la fórmula siguiente:

F_c = 0,011 m.r.n²

Donde:              F_c : Fuerza centrífuga (N)

                            n :  Velocidad de giro (rpm)

                            m : Peso de desbalance (Kgf)

                            r  :  Radio del peso de desbalance (m)

Por ejemplo, si un peso de desbalance de 0,08 Kgf se agrega a un rotor a un radio de 0,15 m, la fuerza que resulta para el rotor que gira a 2 000 rpm será:

F_c = 0,011 (0,08)(0,15)(2 000)² = 528 N = 0,528 kN

Una pregunta importante que se debe considerar es ¿cómo afectan la vida del rodamiento estos 0,528 kN adicionales de fuerza debido al desbalance? Para responder a esta pregunta, debemos remitirnos al cálculo de la vida nominal a la fatiga de los rodamientos. Lo haremos según la Norma DIN/ISO 281, usando la siguiente formula considerando una velocidad de giro constante:

Considerando solo condiciones de carga y velocidad.

Donde:         C : Capacidad de carga del rodamiento (kN)

                      P : Carga radial equivalente (kN)

                      p :  Exponente de vida   p = 3 para rodamientos de bolas

                                                                      p = 10/3 para rodamientos de rodillos

                            n : Velocidad de giro (rpm)

Considerando un rodamiento 6212 de SKF:

              C : 55,3 kN                                    p : 3

              P : 2,75 kN                                    n : 2 000 rpm

Si se agrega la carga adicional de desbalance a la carga radial, entonces la carga equivalente será:

P = 2,75 + 0,528 kN = 3,278 kN

Vemos que los 528 N = 0,528 kN adicionales de fuerza debido al desbalance reducen la vida nominal del rodamiento en un 41%.

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