EQUILIBRADO - Definición - Significado

Compensación de las fuerzas que actúan sobre un órgano en movimiento. Todas las piezas de un vehículo durante su movimiento rotativo o alternativo producen vibraciones debidas a las fuerzas no compensadas. Tales vibraciones son causa de roturas o simplemente de ruido; por tanto, se intenta en todos los casos de eliminar o reducir las vibraciones compensando, en cuanto sea posible, las fuerzas desequilibradas con otras fuerzas.

La introducción de nuevas fuerzas en el sistema, iguales y contrarias a las desequilibradas, teóricamente es siempre posible. Desde el punto de vista práctico las cosas son muy distintas y, en la mayoría de los casos, un equilibrado perfecto requeriría la construcción de ingenios muy complicados y costosos. Por tanto, cuando el problema es de difícil solución, se recurre solamente a la amortiguación de las vibraciones, o sea que las vibraciones permanecen, pero son transmitidas a través de un material capaz de absorberlas (en general, caucho).

En todo motor existen órganos que tienen un movimiento alternativo y otros con movimiento circular. En el primer caso la compensación es muy difícil, puesto que se debería colocar otro pistón idéntico que se moviese a lo largo del mismo eje pero en sentido inverso. En el segundo caso, en que se trata de un órgano rotativo, resulta más simple, puesto que basta aligerar o sobrecargar la parte diametralmente opuesta a la desequilibrada. (*Equilibrado de las ruedas, "Equilibrado del motor.)

En un vehículo las fuerzas desequilibradas que se trata de compensar son las enviadas por el motor, la transmisión y las ruedas a la carrocería, a consecuencia de:

- la naturaleza irregular del par motor;

- la presencia de fuerzas y fases de inercia, y

— la diferencia entre la fuerza motriz y la resistente.

Todas las fuerzas internas que se desarrollan en el vehículo, por ejemplo la presión sobre los cojinetes de bancada, la presión en la cámara de combustión, etc., encuentran siempre una reacción interna igual y contraria que lleva a una resultante nula; por tanto, las fuerzas internas no son capaces de hacer vibrar la carrocería, puesto que están siempre equilibradas. Sin embargo, si la combustión es irregular, en el sentido que la masa fluida está sujeta a una aceleración violenta, y por tanto a una fuerza de inercia, ésta actúa como una fuerza externa que es transmitida a las paredes del cilindro, donde Provoca vibraciones.

Las fuerzas de inercia más notables que en general dan lugar a vibraciones, son las generadas por las masas del grupo biela-Pistón, las giratorias como el cigüeñal, el árbol de transmisión y las ruedas, así como las dotadas de movimientos varios como las va-Hilas, las válvulas, los balancines, etc.

Como se ha indicado, paralelamente a las fuerzas de inercia concurren también en desequilibrar la máquina, los pares motores, que en un motor de combustión nunca son uniformes. A diferencia de los motores eléctricos, que tienen un par motor constante en cada vuelta, los de combustión interna presentan un par variable y que se aplica en una fracción de vuelta. A fin de que el par sea lo más uniforme posible, el proyectista dispone de un solo sistema, que es el de aumentar el número de cilindros, para disminuir el grado de irregularidad del motor.

En cuanto a la operación mecánica mediante la cual se equilibran en un órgano giratorio los pares generados por las fuerzas centrífugas, consiste en hacer coincidir el eje de rotación con el eje principal de inercia. En el caso de un motor, los órganos rotativos que generan mayor número de vibraciones son aquellos que, teniendo un diámetro relativamente pequeño, ruedan a alta velocidad (cigüeñal, volante), o bien aquellos que, teniendo un gran diámetro, ruedan a velocidad inferior (ruedas). El equilibrado se realiza con máquinas adecuadas que añadiendo o substrayendo material en algunos puntos del órgano rotativo consiguen la compensación de los pares (equilibrado dinámico). Esta operación garantiza igualmente el equilibrado estático.

Operación con la que se eliminan los desequilibrios existentes en las ruedas de los vehículos. Éstas alcanzan normalmente una velocidad de rotación de 20-40 vueltas/s, por lo que cada gramo de la rueda está expuesto a una fuerza centrífuga del orden de algunos centenares de gramos.

Si la rueda es perfectamente homogénea y su masa está distribuida de manera uniforme en torno al eje de rotación, las fuerzas elementales que actúan en cada punto de la rueda se compensan recíprocamente y por ello está equilibrada. Esta condición ideal no se presenta en la práctica por causas de naturaleza de construcción (excentricidad de los neumáticos), estructural (descentramiento radial o lateral de la llanta, posición de la válvula) o de uso (desgaste irregular).

Si, por ejemplo, se desprenden unos pocos gramos en un punto de la cubierta (en el caso de un frenazo brusco con bloqueo de la rueda), la fuerza centrífuga sobre el lado opuesto no es compensada. Se tiene entonces una fuerza del orden de varios kilogramos (en una masa de 50 g dispuesta sobre la periferia provoca una fuerza de cerca de 40 kg a 70 km/h), que gira continuamente con la rueda y causa un movimiento alternativo (rebote) en la dirección permitida por los brazos de la suspensión.

Si se levanta la rueda y se la hace girar con la mano, se verá que ésta tiende a pararse en una cierta posición, con el punto de mayor peso en la parte inferior. Para eliminar este tipo de desequilibrio se añade, en sentido díametralmente opuesto a la masa desequilibrada, un contrapeso que determina la misma fuerza centrífuga respecto al eje de rotación de la rueda; el baricentro de ésta quedará así sobre el eje de rotación y entonces será nula la resultante de la fuerza centrífuga.

Un peso P concentrado en un punto da lugar, cuando la rueda está quieta y levantada sobre el terreno, a una acción que obliga a situar el punto más pesado en la parte más baja. Cuando la rueda gira, el peso P genera una fuerza centrifuga que hace vibrar y rebotar la rueda, en la dirección permitida por los brazos de la suspensión. Con un contrapeso C que equilibra la acción de P, se obtiene el equilibrio indiferente y, durante la rotación, las fuerzas centrifugas resultán compensadas, al contrapeso y a la masa desequilibrada serán coplanarias, sino que se encontrarán en general sobre los planos distintos, dando lugar a un par desequilibrador, que hace bandear la rueda lateralmente. Puesto que para vincular este movimiento contribuye sólo la dirección con sus tirantes, el desequilibrio generado por este par es directamente advertido por una oscilación del volante.

Esto demuestra que una rueda debe ser equilibrada de 2 formas:

- frente a las fuerzas centrífugas (desequilibrio de peso) que ocasionan los rebotes de las ruedas;

- frente a los pares centrífugos que dan lugar a las oscilaciones laterales.

Las 2 operaciones son conocidas, respectivamente, por equilibrado estático y equilibrado dinámico.

Una rueda puede estar equilibrada estáticamente (equilibrio de los momentos respecto al eje de rotación) y presentar, sin embargo, un desequilibrio dinámico cuando está puesta en rotación, ya que no es nula la resultante de los momentos generados por las fuerzas centrífugas. El equilibrado dinámico consiste en repartir adecuadamente el contrapeso necesario para garantizar el equilibrio estático en 2 piezas, para disponer en el interior y el exterior de la llanta, de modo que se equilibre el momento generado por la fuerza centrífuga de la masa desequilibrada.

Los desequilibrios de las ruedas delanteras dan lugar al característico shimmy, advertible en forma de oscilaciones y vibraciones en el volante. Estos defectos resultan más manifiestos cuanto más liso y uniforme es el piso de la carretera. Además, presentan mayor intensidad en las velocidades a las que se tengan efectos de resonancia en el conjunto rueda-suspensión y correspondientes elementos elásticos. En general, el efecto del desequilibrio es menos advertible en las ruedas traseras, aunque puede dar lugar a un desgaste anormal del neumático y de los órganos mecánicos (cojinetes, soportes, etc.).

El equilibrado de las ruedas, tiempos atrás, era efectuado prácticamente mediante ensayos. En época más reciente han sido introducidas máquinas equilibradoras de tipo mecánico, eléctrico o electrónico. Las máquinas de uso más común y más simple, efectúan el equilibrado sobre la rueda desmontada del vehículo y montada, mediante una brida, sobre un eje puesto en rotación por un motor eléctrico. El desequilibrio existente en la rueda se transmite a los soportes del eje y luego es amplificado y traducido en términos de peso, para ser aplicado en la posición diametralmente opuesta a la que se detecta con el máximo desequilibrio. Esta operación se realiza primero sobre un lado de la rueda (en algunas máquinas el equilibrado se realiza simultáneamente sobre los 2 lados) y después sobre el otro. Antes del equilibrado se procede a controlar el centraje de la llanta, puesto que un descentrado excesivo dificultaría grandemente la operación.

El inconveniente de estas máquinas consiste en la necesidad de disponer de las bridas de fijación de las ruedas para distintos vehículos, lo que hace que la indicación en gramos no pueda ser más que aproximada; en compensación, los errores del operador y los tiempos de intervención son reducidos.

Han aparecido después otras máquinas que efectúan el equilibrado con la rueda montada sobre el vehículo; ésta se separa del suelo y se hace girar por medio de un dispositivo de arranque.

Una pequeña cabeza medidora o pick-up se coloca en contacto con un elemento de la suspensión, situado lo más cerca posible de la rueda. Por cada oscilación generada por ésta o por otras partes giratorias, la pequeña cabeza recoge las vibraciones y las traduce en destellos de una lámpara estroboscópica, que son dirigidos hacia la rueda. La situación en que aparece la señal de referencia trazada sobre el neumático, permite resaltar la posición de desequilibrio y, por consiguiente, el punto en donde se deben colocar los contrapesos.

Estas operaciones requieren una cierta práctica y un buen golpe de vista por parte del operador; además, el tiempo de intervención puede ser más largo que en las máquinas del primer tipo. Pero las equilibradoras electrónicas tienen la ventaja de equilibrar con una sola operación todos los órganos que giran con la rueda: disco, freno, juntas y semiejes. Otra ventaja es que no se tiene que desmontar y volver a montar la rueda, y entonces no se está expuesto a los problemas de centraje de la rueda sobre el buje, riesgos que podrían llevar a nuevos desequilibrios en el acto de volver a montar la rueda.

Algunas equilibradoras permiten aumentar la sensibilidad del pick-up, una vez finalizada la fase de equilibrado, para determinar los presuntos defectos del sistema de suspensión de las ruedas. La persistencia de vibraciones después del equilibrado de las ruedas se debe atribuir a los sucesivos juegos y desgastes, siendo necesaria una revisión de las Diezas.

En general, el desequilibramiento de las ruedas es menos advertido en los vehículos grandes, a causa del menor valor de la relación entre masas no suspendidas y masas suspendidas, y en cambio es más manifiesto en los vehículos con suspensiones McPherson, donde los puntos de fijación a la carrocería son en general menos rígidos que en el caso de suspensiones de brazos oscilantes. En los vehículos con tracción delantera el equilibrado puede resultar más dificultoso dado que las juntas de transmisión no son perfectamente homocinéticas.

Los contrapesos de equilibrado son engrapados sobre los bordes de la llanta mediante un sistema por muelle, que resiste bien las fuerzas centrífugas, pero no los rozamientos o golpes contra las aceras. Por tanto, se corre el riesgo de perderlos o de que sean arrancados, y conviene controlarlos.

Actualmente, sobre todo en los vehículos de competición o deportivos, se tiende a encolar los pesos con adhesivos especiales, disponiéndolos,, sobre la franja más interna de la llanta; este sistema elimina los inconvenientes apuntados, ofrece una mejor estética y además permite equilibrar la rueda con un desequilibrante.