En mis primeras intervenciones como forero, participé en

En mis primeras intervenciones como forero, participé en un post
relacionado con el tema equilibrado. Si no recuerdo mal, se trataba
de una Ducati a la que le habían sustituido el pistón, o los pistones,
por uno de masa diferente.
En aquella ocasión y confiando en mi memoria, hice una serie de
comentarios respecto al equilibrado, que luego tuve que puntualizar
tras documentarme. Para quitarme hierro, tengo que decir que a
pesar que me he dedicado profesionalmente a la medición de
vibraciones en todo tipo de máquinas, y en particular en motores de
automoción, nunca había tenido que calcular un equilibrado de un
motor alternativo, por lo que mis conocimientos eran y son
puramente teóricos. La memoria falla y para eso están los libros.
Pues como decía, me tuve que mirar la bibliografia que tengo en casa
en el tema equilibrado del conjunto pistón-biela-cigüeñal. El resumen,
muy resumido y que intenta ser pragmático, es el siguiente:
Para empezar decir que las masas desequilibradas son dos: pistón y
biela.
Por lo tanto, sea cual sea el criterio de equilibrado del fabricante,
cuando variamos una de las dos masas, este equilibrado se varía. Ya
veréis luego en que medida.
El pistón presenta una masa Mp.
La biela presenta una masa MB. Esta masa se descompone (por
cálculo), en una masa en cabeza de biela, MBc, y otra masa en pié de
biela, Nbp.
La masa MB+Mbp es una masa con movimiento alternativo (digamos
que sube y baja). No se puede equilibrar en su totalidad.
La masa Mbc es una masa excéntrica rotativa. Se puede equilibrar.
La masa de la cabeza de biela se equilibra directamente por una
masa excéntrica y contrapuesta en el cigüeñal. Evidentemente este
equilibrado es teórico, pues hay que sumar mas masas para
equilibrar, que serán las del equilibrado de la Mp+Mbp.
Supongo que hasta aquí todo esta claro.
Ahora viene el explicar los diferentes criterios de equilibrado.
Como ya he comentado, el equilibrado de este conjunto de masas en
movimiento no podrá realizarse en lo que se entiende “equilibrado”,
es decir, eliminación de las vibraciones. Su objetivo será reducir estas
vibraciones en la medida de lo posible. Con un justo equilibrio entre
no castigar al conductor y al ocupante y no castigar los rodamientos y
demás elementos del motor.
Como también ya he comentado, hay una masa desequilibrada, Mbc,
que puede ser equilibrada perfectamente. Pero si solo equilibrásemos
esta masa, tendríamos un desequilibrio sobre el eje vertical del
motor, originado por las masas Mp+Mbp, que serían de un orden de
magnitud muy superior al del desequilibrio de Mbc original, y que nos
castigarían tanto el motor como a nosotros. Por lo tanto, hay que
equilibrar estas masas Mp+Mbp en la medida de lo posible.
Para equilibrar estas masas se “sobredimensionará” la masa de
equilibrado de Mbc.
Este sobredimensionado originará un nuevo eje de desequilibrado
perpendicular al anterior (longitudinal). Es una “putada”, pero el
truco consiste en que la suma de fuerzas y momentos sobre estos
dos ejes desequilibrados, sea menor que la del eje vertical sin el
equilibrado “complementario”.
Según sobredimensionemos esta masa, obtendremos un grado de
equilibrio del 0%, 50% o 100%.
De este modo, según el tamaño del contrapeso, Mc, que colocaremos
en el cigüeñal, las fuerzas de inercia remanentes sobre estos dos
ejes, vertical Z y horizontal Y, serán las siguientes:
Caso 1
Para un grado de desequilibrado del 0%, el tamaño del contrapeso
será Mc = Mbc+Mw
Siendo la Mw el propio desequilibrado del cigüeñal (si existe). Lo
omitiremos a partir de ahora.
Las fuerzas de inercia que origina el desequilibrado remanente de 1er
orden será:
Fz = Mc x r x ω2
Fy = 0
Siendo:
r, el radio de giro de la mitad de la carrera
ω, la velocidad angular del cigüeñal.
Nótese que como Mp y Nbp son importantes, la fuerza será elevada.
Caso 2
Para un grado de desequilibrado del 50%, el tamaño del contrapeso
será Mc = Mbc+0,5 (Mp+Mbp).
Las fuerzas de inercia que origina el desequilibrado remanente de 1er
orden será:
Fz = 0,5 x (Mp + Mbp) x r x ω2
Fy = 0,5 x (Mp + Mbp) x r x ω2
Nótese que la vertical se ha reducido a la mitad. Por el contrario, se
ha creado otra horizontal del mismo valor absoluto.
Caso 2
Para un grado de desequilibrado del 100%, el tamaño del contrapeso
será Mc = Mbc+Mp+Mbp.
Las fuerzas de inercia que origina el desequilibrado remanente de 1er
orden será:
Fz = 0
Fy = (Mp + Mbp) x r x ω2
Nótese que la vertical con un grado de equilibrado del 0%, se ha
convertido en horizontal, pero con una masa de equilibrado mayor.
Bueno, ya está explicado.
Como algunas conclusiones prácticas. Mencionar que en el caso de
motores rápidos para carreras, será conveniente no equilibrar al
100%, pues como podéis ver, las vibraciones simplemente se
trasladan de eje, pero aumentando la masa del cigüeñal, lo que
evidentemente no interesa.
Decir también, que en la práctica, algunos motores monocilíndricos
de 2T, suelen tener el punto de colocación del contrapeso, no a 180
grados de la cabeza de la biela, si no a algo menos. Esto ya no se
puede explicar de una forma tan simple como la que, al menos, he
intentado explicar lo del equilibrado de un motor alternativo
monocilíndrico.
Espero que esta explicación aclare algunas ideas.
Salud y vacaciones. Yo este viernes.