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Balanceo dinámico en campo

Guía Técnica Integral para el Balanceo de Rotores Industriales

Parte I: Fundamentos teóricos y normativos del balanceo dinámico

Field dynamic balancing is one of the key operations in vibration commissioning and condition-based maintenance, aimed at extending the service life of industrial equipment and preventing emergency situations. The use of portable instruments such as Balanset-1A allows these operations to be performed directly at the operating site, minimizing downtime and costs associated with dismantling. However, successful balancing requires not only the ability to work with the instrument, but also a deep understanding of the physical processes underlying vibration, as well as knowledge of the regulatory framework governing the quality of work.

El principio de la metodología se basa en instalar pesos de prueba y calcular los coeficientes de influencia del desbalance. En términos simples, el instrumento mide la vibración (amplitud y fase) de un rotor giratorio, después de lo cual el usuario agrega secuencialmente pequeños pesos de prueba en planos específicos para "calibrar" la influencia de la masa adicional sobre la vibración. Basándose en los cambios en la amplitud y fase de la vibración, el instrumento calcula automáticamente la masa necesaria y el ángulo de instalación de los pesos de corrección para eliminar el desbalance.

Este enfoque implementa el llamado método de tres pasos para el balanceo en dos planos: medición inicial y dos arranques con pesos de prueba (uno en cada plano). Para el balanceo en un solo plano, por lo general dos arranques son suficientes: sin peso y con un peso de prueba. En los instrumentos modernos, todos los cálculos necesarios se realizan automáticamente, lo que simplifica significativamente el proceso y reduce los requisitos de cualificación del operador.

Sección 1.1: Física del desbalance: análisis en profundidad

En el núcleo de cualquier vibración en equipos rotativos se encuentra el desbalanceo, o desbalance. El desbalance es una condición en la que la masa del rotor está distribuida de manera desigual con respecto a su eje de rotación. Esta distribución desigual conduce a la aparición de fuerzas centrífugas, que a su vez provocan la vibración de los soportes y de toda la estructura de la máquina. Las consecuencias de un desbalance no atendido pueden ser catastróficas: desde el desgaste prematuro y la destrucción de los rodamientos hasta el daño a la cimentación y a la máquina misma. Para un diagnóstico y eliminación efectivos del desbalance, es necesario distinguir claramente sus tipos.

Tipos de desbalance

Configuración de balanceo de rotor con motor eléctrico en soportes, sensores de vibración, dispositivo de medición, computadora portátil con pantalla de software
Configuración de máquina de balanceo de rotores con sistema de monitoreo controlado por computadora para medir fuerzas estáticas y dinámicas y detectar desbalances en componentes de motores eléctricos giratorios.

Desbalance estático (un solo plano): In this type of unbalance the rotor's central principal axis of inertia is displaced parallel to the axis of rotation - the center of mass is offset radially from the rotation axis. In a static state, such a rotor, installed on horizontal knife-edges (parallel ways), will always turn with the heavy side downward. Static unbalance is dominant for thin, disk-shaped rotors where the length-to-diameter ratio (L/D) is below approximately 0.5, for example, grinding wheels or narrow fan impellers. Static unbalance elimination is possible by installing one corrective weight in one correction plane, diametrically opposite to the heavy point - a single-plane approach that is valid at moderate speeds (roughly under 1000 rpm); high-speed narrow discs still require two-plane balancing.

Desbalance de par (momento): Este tipo ocurre cuando el eje principal de inercia del rotor intersecta el eje de rotación en el centro de masa pero no es paralelo a él. El desbalance de par puede representarse como dos masas desbalanceadas iguales en magnitud pero opuestas en dirección, ubicadas en planos diferentes. En estado estático, tal rotor está en equilibrio, y el desbalance se manifiesta solo durante la rotación en forma de "bamboleo" o "oscilación". Para compensarlo, se requiere la instalación de al menos dos pesos de corrección en dos planos diferentes, creando un momento compensatorio.

Configuración de balanceo de rotores con motor eléctrico en soportes de rodamientos, sensores de vibración, cables y pantalla de computadora portátil del analizador Vibromera
Diagrama técnico de un aparato de prueba de rotor de motor eléctrico con devanados de cobre montados en rodamientos de precisión, conectado a equipos de monitoreo electrónico para medir la dinámica rotacional.

Desbalance dinámico: Este es el tipo de desbalance más común en condiciones reales, que representa una combinación de desbalances estáticos y de par. En este caso, el eje central principal de inercia del rotor no coincide con el eje de rotación y no lo intersecta en el centro de masa. Para eliminar el desbalance dinámico, es necesaria la corrección de masa en al menos dos planos. Los instrumentos de dos canales como Balanset-1A están diseñados específicamente para resolver este problema.

Desbalance cuasiestático: Este es un caso especial de desbalance dinámico donde el eje principal de inercia intersecta el eje de rotación pero no en el centro de masa del rotor. Esta es una distinción sutil pero importante para el diagnóstico de sistemas de rotores complejos.

Rotores rígidos y flexibles: distinción crítica

Uno de los conceptos fundamentales en el balanceo es la distinción entre rotores rígidos y flexibles. Esta distinción determina la posibilidad misma y la metodología de un balanceo exitoso.

Rotor rígido: Un rotor se considera rígido si su frecuencia de rotación de operación es significativamente menor que su primera frecuencia crítica, y no experimenta deformaciones elásticas significativas (deflexiones) bajo la acción de fuerzas centrífugas. El balanceo de este tipo de rotor generalmente se realiza con éxito en dos planos de corrección. Los instrumentos Balanset-1A están diseñados principalmente para trabajar con rotores rígidos.

Rotor flexible: Un rotor se considera flexible si opera a una frecuencia de rotación cercana a una de sus frecuencias críticas o superior a ella. En este caso, la deflexión elástica del eje se vuelve comparable al desplazamiento del centro de masa y contribuye significativamente a la vibración general.

Advertencia importante

Intentar balancear un rotor flexible utilizando la metodología para rotores rígidos (en dos planos) a menudo conduce al fracaso. Instalar pesos de corrección puede compensar la vibración a bajas velocidades, por debajo de la resonancia, pero al alcanzar la velocidad de operación, cuando el rotor se flexiona, estos mismos pesos pueden aumentar la vibración al excitar uno de los modos de vibración de flexión. Esta es una de las razones clave por las que el balanceo "no funciona", aunque todas las acciones con el instrumento se realicen correctamente.

Antes de comenzar el trabajo, es extremadamente importante clasificar el rotor correlacionando su velocidad de operación con las frecuencias críticas conocidas (o calculadas). Si es imposible evitar la resonancia, se recomienda cambiar temporalmente las condiciones de montaje de la unidad durante el balanceo para desplazar la resonancia.

Sección 1.2: Marco normativo: normas ISO

Las normas en el campo del balanceo cumplen varias funciones clave: establecen una terminología técnica unificada, definen los requisitos de calidad y, lo que es más importante, sirven como base para el compromiso entre la necesidad técnica y la viabilidad económica.

ISO 21940-11 (antes ISO 1940-1): Requisitos de calidad para el balanceo de rotores rígidos

Software for Balanset-1A portable balancer and vibration analyzer. Balance tolerance calculator (ISO 1940)
Software for Balanset-1A portable balancer and vibration analyzer. Balance tolerance calculator (ISO 1940)

This standard is the fundamental document for determining permissible residual unbalance. It introduces the concept of balance quality grade (G), which is chosen by machine type only. The speed enters later, when the grade is converted into a permissible specific unbalance: epor = (G × 9549) / n.

Grado de calidad G: Each type of equipment corresponds to a specific quality grade that remains constant regardless of rotation speed. For example, grade G6.3 is recommended for fans, pumps and general-purpose electric motors, G16 for crushers and agricultural machinery, and G2.5 for turbines and turbo-compressors.

Cálculo del desbalance residual permisible (Upor): The standard allows calculation of a specific permissible unbalance value that serves as a target indicator during balancing. The calculation is performed in three stages:

  1. Determinación del desbalance específico permisible (epor) utilizando la fórmula:
    eper = (G × 9549) / n
    donde G es el grado de calidad de balanceo (por ejemplo, 2.5), n es la frecuencia de rotación de operación, rpm. La unidad de medida para epor es g·mm/kg o μm.
  2. Determinación del desbalance residual permisible (Upor) para todo el rotor:
    Uper = eper × M
    donde M es la masa del rotor, kg. La unidad de medida para Upor es g·mm.
  3. Allocation of Upor between the two correction planes. For a symmetric rotor, split it 50/50 (in the example below: 19.9 g·mm per plane). For an asymmetric between-bearing rotor: Uizquierda = Upor × (b/L), Uderecho = Upor × (a/L), where a and b are the distances from the center of mass to the left and right bearings and L = a + b. Overhung rotors require a moment-based recalculation with a tighter tolerance on the overhung plane. Balanset-1A performs this allocation automatically and shows the per-plane residual unbalance (D1, D2) next to the balancing tolerance on the Result tab.

Ejemplo: Para un rotor de motor eléctrico con una masa de 5 kg, que opera a 3000 rpm con grado de calidad G2.5:
epor = (2.5 × 9549) / 3000 ≈ 7.96 μm
Upor = 7.96 × 5 = 39.8 g·mm
This means that after balancing, the residual unbalance should not exceed 39.8 g·mm - for this symmetric rotor, about 19.9 g·mm in each of the two correction planes.

ISO 20806:2009: Criterios y salvaguardias para el balanceo in situ de rotores medianos y grandes

Esta norma regula directamente el proceso de balanceo en campo.

Ventajas: La principal ventaja del balanceo en campo es que el rotor se balancea en condiciones reales de operación, sobre sus soportes y bajo carga de trabajo. Esto tiene en cuenta automáticamente las propiedades dinámicas del sistema de soporte y la influencia de los componentes conectados del tren de ejes.

Desventajas y limitaciones:

  • Acceso limitado: A menudo, el acceso a los planos de corrección en una máquina ensamblada es difícil, lo que limita las posibilidades de instalación de pesos.
  • Necesidad de pruebas de funcionamiento: El proceso de balanceo requiere varios ciclos de "arranque-parada" de la máquina.
  • Dificultad con desbalance severo: En casos de desbalance inicial muy grande, las limitaciones en la selección del plano y la masa del peso de corrección pueden no permitir alcanzar la calidad de balanceo requerida.

Parte II: Guía práctica de balanceo con instrumentos Balanset-1A

The success of balancing depends overwhelmingly on the thoroughness of preparatory work. Most failures are related not to instrument malfunction, but to ignoring factors affecting measurement repeatability. The main preparation principle is to exclude all other possible sources of vibration so that the instrument measures only the effect of unbalance.

Sección 2.1: Base del éxito: Diagnóstico previo al balanceo y preparación de la máquina

Paso 1: Diagnóstico primario de vibración (¿Es realmente desbalance?)

Antes del balanceo, es útil realizar una medición preliminar de vibración en modo vibrómetro. El software Balanset-1A tiene un modo "Medidor de vibración" (botón F5) donde se puede medir la vibración global y por separado el componente a la frecuencia de rotación (1×) antes de instalar cualquier peso.

Signo clásico de desbalance: El espectro de vibración debe estar dominado por un pico en la frecuencia de rotación del rotor (pico en la frecuencia de 1x RPM). La amplitud de este componente en las direcciones horizontal y vertical debe ser comparable, y las amplitudes de otros armónicos deben ser significativamente menores.

Signos de otros defectos: Si el espectro contiene picos significativos en otras frecuencias (por ejemplo, 2x, 3x RPM) o en frecuencias no múltiplos, esto indica la presencia de otros problemas que deben eliminarse antes del balanceo.

Paso 2: Inspección mecánica integral (Lista de verificación)

  • Rotor: Thoroughly clean all rotor surfaces from dirt, rust and built-up deposits (caked product). Even a small amount of dirt at a large radius creates significant unbalance. Check for absence of broken or missing elements.
  • Rodamientos: Verifique los conjuntos de rodamientos en busca de juego excesivo, ruido extraño y sobrecalentamiento. Los rodamientos desgastados no permitirán obtener lecturas estables.
  • Cimentación y bastidor: Ensure that the unit is installed on a rigid foundation. Check the torque of the anchor bolts and the absence of cracks in the frame.
  • Conductora: Para las transmisiones por correa, verifique la tensión y el estado de la correa. Para las conexiones por acoplamiento, verifique la alineación de los ejes.
  • Seguridad: Asegúrese de la presencia y operatividad de todas las protecciones de seguridad.

Sección 2.2: Configuración e instalación del instrumento

Instalación de hardware

Sensores de vibración (acelerómetros):

  • Connect sensor cables to corresponding instrument connectors (e.g., X1 and X2 for Balanset-1A; on newer revisions the connectors are labeled Ch-1 and Ch-2).
  • Instale los sensores en los soportes de los rodamientos lo más cerca posible del rotor.
  • Práctica clave: Para obtener la señal máxima, los sensores deben instalarse en la dirección donde la vibración es máxima. Utilice una base magnética potente o un montaje roscado para garantizar un contacto rígido.

Sensor de fase (tacómetro láser):

  • Connect the sensor to the special input (X3 for Balanset-1A; labeled Tacho on newer revisions).
  • Fije un pequeño trozo de cinta reflectante en el eje u otra parte giratoria del rotor.
  • Instale el tacómetro de modo que el haz láser golpee la marca de manera estable durante toda la revolución.

Configuración del software (Balanset-1A)

  • Launch the software and connect the USB interface module (administrator rights are not required).
  • Go to the balancing module (F7 - Balancing). Create a new record for the unit being balanced.
  • Select balancing type: 1-plane (static, the F2 - Single-plane tab) for narrow rotors or 2-plane (dynamic, the F3 - Two-plane tab) for most other cases.
  • Defina los planos de corrección: elija lugares en el rotor donde se puedan instalar pesos de corrección de forma segura.

Sección 2.3: Procedimiento de balanceo: Guía paso a paso

Carrera 0: Medición inicial

  • Inicie la máquina y llévela a una velocidad de operación estable. Es extremadamente importante que la velocidad de rotación sea la misma en todas las carreras posteriores.
  • En el programa, inicie la medición. El instrumento registrará los valores iniciales de amplitud y fase de la vibración.
Configuración de balanceo de rotor de motor eléctrico con sensores de vibración X1, X2 en soportes de rodamientos, laptop para análisis de datos en el soporte.
Aparato de prueba de motores industriales con rotor de bobinado de cobre montado sobre rodamientos de precisión, que cuenta con un sistema de monitoreo controlado por computadora.
Interfaz de software de balanceo en dos planos de Vibromera que muestra datos de vibración, espectro de frecuencia y campos de medición de masa de prueba
Interfaz de software de balanceo dinámico en dos planos que muestra datos de análisis de vibración con formas de onda en el dominio del tiempo y gráficos de espectro de frecuencias.

Ejecución 1: Peso de prueba en el plano 1

  • Detenga la máquina.
  • Selección del peso de prueba: The trial weight mass should be sufficient to cause noticeable change in vibration parameters (amplitude change of at least 20-30% OR phase change of at least 20-30 degrees). You do not have to guess the starting mass: after Run 0 the software's First Trial Weight Estimator recommends both the trial weight mass and its installation angle from the tachometer mark, and the program warns if the installed weight turns out to be too small.
  • Instalación del peso de prueba: Fije de forma segura el peso de prueba pesado a un radio conocido en el plano 1. Registre la posición angular.
  • Inicie la máquina a la misma velocidad estable.
  • Realice la segunda medición.
  • Detenga la máquina y remove the trial weight. If removing it is impractical, you can leave it installed - check the "Leave on rotor" box in the software so the calculation accounts for it.
Configuración de balanceo de rotor de motor eléctrico con sensores de vibración X1 y X2, analizador de mano, cables de conexión y computadora portátil.
Renderizado 3D de la configuración de prueba del rotor de un motor eléctrico con bobinas de cobre montado en equipo de balanceo de precisión.

Ejecución 2: Peso de prueba en el plano 2 (para balanceo en dos planos)

  • Repita exactamente el procedimiento del paso 2, pero instale el peso de prueba en el plano 2.
  • Iniciar, medir, detener y remove the trial weight (or leave it with the "Leave on rotor" box checked, as in Run 1).
Configuración de balanceo del rotor del motor eléctrico con sensores de vibración X1, X2, dispositivo de medición, laptop y bastidor de la máquina de balanceo.
Aparato de prueba de motores industriales con devanados de cobre montados en soportes, con diagnósticos controlados por computadora portátil.

Cálculo e instalación de pesos de corrección

  • Basándose en los cambios vectoriales registrados durante las ejecuciones de prueba, el programa calculará automáticamente la masa y el ángulo de instalación del peso de corrección para cada plano.
  • El ángulo de instalación generalmente se mide desde la ubicación del peso de prueba en la dirección de rotación del rotor.
  • Fije de forma segura los pesos de corrección permanentes. Al usar soldadura, recuerde que la soldadura en sí también tiene masa.
Interfaz de software de balanceo de rotores en dos planos que muestra datos de vibración, masas de corrección y resultados de desbalance residual.
Interfaz de software de máquina de balanceo dinámico que muestra resultados de balanceo en dos planos con masas de corrección de 0.290 g y 0.270 g en ángulos específicos.
Pantalla de software de balanceo de rotores en dos planos que muestra gráficas polares para el Plano 1 y 2 con masas de corrección y ángulos.
Análisis de balanceo dinámico en dos planos que muestra gráficas polares para la corrección del rotor. La interfaz muestra los requisitos de adición de masa para minimizar la vibración.

Run T (Trim): Verification measurement and fine balancing

  • Inicie la máquina nuevamente.
  • Realice una medición de control para evaluar el nivel de vibración residual.
  • Compare el valor obtenido con la tolerancia calculada según la norma ISO 1940-1.
  • Si la vibración aún excede la tolerancia, el instrumento calculará una pequeña corrección de "ajuste fino" (retoque).
  • Al finalizar, guarde el informe y los coeficientes de influencia para posible uso futuro.
Configuración de balanceo de rotor de motor con sensores de vibración, dispositivo de medición, computadora portátil y soportes de balanceo etiquetados X1/X2.
Renderizado 3D de un conjunto de rotor de motor eléctrico en equipo de prueba, con devanados de cobre e indicadores de diagnóstico verdes.

Parte III: Resolución avanzada de problemas y solución de problemas

Esta sección está dedicada a los aspectos más complejos del balanceo en campo: situaciones en las que el procedimiento estándar no produce resultados.

Medidas de seguridad

Prevención del arranque accidental (Bloqueo/Etiquetado): Before starting work, de-energize and disconnect the rotor drive. Hang warning tags on the starters so that no one starts the machine by mistake.

Equipo de protección personal: Es obligatorio el uso de gafas de seguridad o careta protectora. La ropa debe ser ajustada, sin bordes sueltos. El cabello largo debe estar recogido bajo una cobertura para la cabeza.

Zona de peligro alrededor de la máquina: Limite el acceso de personas no autorizadas a la zona de balanceo. Durante las pruebas de funcionamiento, se instalan barreras o cintas de advertencia alrededor de la unidad. El radio de la zona de peligro es de al menos 3 a 5 metros.

Fijación confiable de los pesos: When attaching trial or permanent corrective weights, pay special attention to their fixation. An ejected weight becomes a dangerous projectile.

Seguridad eléctrica: Observe las medidas generales de seguridad eléctrica: use un tomacorriente a tierra en buen estado, no pase los cables por zonas húmedas o calientes.

Sección 3.1: Diagnóstico y superación de la inestabilidad de medición

Síntoma: Durante mediciones repetidas en condiciones idénticas, las lecturas de amplitud y/o fase cambian significativamente ("flotan", "saltan"). Esto hace imposible el cálculo de la corrección.

Causa raíz: El instrumento no tiene una falla. Informa con precisión que la respuesta vibratoria del sistema es inestable e impredecible.

Algoritmo de diagnóstico sistemático:

  • Holgura mecánica: Esta es la causa más frecuente. Verifique el apriete de los pernos de montaje del soporte del rodamiento, los pernos de anclaje del bastidor. Verifique si hay grietas en la cimentación o en el bastidor.
  • Defectos de rodamientos: Un juego interno excesivo en los rodamientos de rodillos o el desgaste de la concha del rodamiento permite que el eje se mueva de manera caótica dentro del soporte.
  • Inestabilidad relacionada con el proceso:
    • Aerodinámica (ventiladores): El flujo de aire turbulento, la separación del flujo de las aspas puede causar efectos de fuerza aleatorios.
    • Hidráulica (bombas): La cavitación crea potentes golpes hidráulicos aleatorios que enmascaran la señal periódica del desbalance.
    • Movimiento interno de masas (trituradoras, molinos): El material puede redistribuirse dentro del rotor, actuando como un "desbalance móvil".
  • Resonancia: Si la velocidad de operación está muy cerca de la frecuencia natural de la estructura, incluso ligeras variaciones de velocidad causan grandes cambios en la amplitud y fase de la vibración.
  • Efectos térmicos: A medida que la máquina se calienta, la dilatación térmica puede causar flexión del eje o cambios en la alineación.

Sección 3.2: Cuando el balanceo no ayuda: identificación de defectos raíz

Síntoma: Se ha realizado el procedimiento de balanceo, las lecturas son estables, pero la vibración final sigue siendo alta.

Using the vibration spectrum for differential diagnosis (in the Balanset software: F8 - Charts, "F5-Spectrum (Hz)" tab):

  • Desalineación del eje: Signo principal: pico de vibración alto a la frecuencia de 2x RPM. Una vibración axial alta es característica.
  • Defectos de rodamientos: Manifest as high-frequency vibration at characteristic "bearing" frequencies (BPFO, BPFI, BSF, FTF). Note that detailed rolling-bearing diagnostics is beyond the scope of Balanset-1A: the instrument measures vibration velocity in the 5-1000 Hz band, the sensor response rolls off above roughly 550 Hz, and there is no envelope (demodulation) analysis - use a dedicated bearing analyzer for that task.
  • Flexión del eje: Manifests as high peak at 1x RPM but often accompanied by noticeable component at 2x RPM. When the rotor is balanced on a mandrel, the software offers built-in runout compensation: the F7 - Run Ecc measurement (taken with the rotor turned 180 degrees on the mandrel) together with the "Subtract mandrel runout from measurements" option, so eccentricity is not mistaken for unbalance.
  • Problemas eléctricos (motores eléctricos): La asimetría del campo magnético puede causar vibración a dos veces la frecuencia de suministro (100 Hz para una red de 50 Hz).

Errores comunes de balanceo y consejos de prevención

  • Balancear un rotor defectuoso o sucio: Verifique siempre el estado del mecanismo antes del balanceo.
  • Peso de prueba demasiado pequeño: Busque la regla de cambio de vibración del 20-30 %.
  • Inconsistent operating speed between runs: Mantenga siempre una velocidad de rotación estable e idéntica durante todas las mediciones.
  • Errores de fase y marca: Vigile cuidadosamente la determinación del ángulo. El ángulo del peso de corrección generalmente se mide desde la posición del peso de prueba en la dirección de rotación.
  • Fijación incorrecta o pérdida de pesos: Strictly follow the methodology - remove the trial weight after the run, or, if it stays on the rotor, make sure the "Leave on rotor" box is checked so the calculation accounts for it.

Estándares de calidad de balanceo

Tabla 1: Grados de calidad de balanceo (G) según ISO 1940-1 para equipos típicos
Grado de calidad G Balance quality grade G = epor·ω (mm/s) Tipos de rotor (Ejemplos)
G4000 4000 Cigüeñales montados rígidamente de motores diésel marinos de lenta velocidad
G1600 1600 Cigüeñales de motores de dos tiempos grandes
G16 16 Cardan shafts with special requirements, agricultural machinery, crushers
G6.3 6.3 Pump rotors, fan impellers, electric motor armatures
G2.5 2.5 Rotores de turbinas de gas y vapor, turbocompresores, accionamientos de máquinas herramienta
G1 1 Accionamientos de máquinas de rectificado, husillos
G0.4 0.4 Husillos de máquinas de rectificado de precisión, giroscopios

Note: the grade number is the product epor·ω in mm/s. The permissible specific unbalance itself is speed-dependent: epor = (G × 9549) / n [μm]. Example: G6.3 at 1500 rpm gives epor = 40.1 μm; at 3000 rpm it gives 20.1 μm.

Tabla 2: Matriz de diagnóstico de vibración: desbalance comparado con otros defectos
Tipo de defecto Frecuencia dominante del espectro Característica de fase Otros síntomas
Desbalance 1x RPM Estable Predomina la vibración radial
Desalineación del eje 1x, 2x, 3x RPM Puede ser inestable Alta vibración axial: signo clave
Holgura mecánica 1x, 2x y múltiples armónicos Inestable, "saltarín" Movimiento visualmente notable
Defecto de rodamiento Frecuencias altas (BPFO, BPFI, etc.) No sincronizado con las RPM Ruido extraño, temperatura elevada
Resonancia La velocidad de operación coincide con la frecuencia natural La fase cambia 180° al pasar por la resonancia La amplitud de vibración aumenta bruscamente a una velocidad específica

Parte IV: Preguntas frecuentes y notas de aplicación

Sección 4.1: Preguntas frecuentes generales (FAQ)

¿Cuándo debo usar balanceo de 1 plano vs 2 planos?
Use 1-plane (static) balancing for narrow, disk-shaped rotors where the length-to-diameter ratio (L/D) is below approximately 0.5 and the speed is moderate (roughly under 1000 rpm), such as grinding wheels or narrow fan impellers. Use 2-plane (dynamic) balancing for elongated rotors, for any L/D above approximately 0.5, and for high-speed narrow discs. Two-plane balancing corrects both static unbalance and couple (moment) unbalance.

¿Qué debo hacer si el peso de prueba provoca un aumento peligroso de la vibración?
Detenga la máquina inmediatamente. Esto indica que el peso de prueba se instaló cerca del punto pesado existente, agravando el desbalance. La solución es mover el peso de prueba 180 grados desde su posición original y repetir la medición. Esto asegura que el peso de prueba cree un efecto opuesto en lugar de sumar al desbalance existente.

¿Puedo usar coeficientes de influencia guardados para una máquina diferente?
Sí, pero solo si las máquinas son absolutamente idénticas: mismo modelo, mismo rotor, misma cimentación, mismos rodamientos. Cualquier cambio en la rigidez estructural alterará los coeficientes de influencia y los invalidará. La mejor práctica es realizar siempre nuevas ejecuciones de prueba para cada nueva máquina para garantizar cálculos de corrección precisos.

¿Cuál es la diferencia entre desbalance estático y dinámico?
In static unbalance the rotor's central principal axis of inertia is displaced parallel to the rotation axis - the center of mass is offset radially from the axis - and it can be detected without spinning by placing the rotor on knife-edge supports. Dynamic unbalance is a combination of static and couple unbalance where the principal axis of inertia doesn't coincide with the rotation axis - it only manifests during rotation and requires two-plane correction.

¿Por qué mis lecturas de balanceo son inestables (flotantes)?
Las lecturas inestables indican que la respuesta vibratoria del sistema es impredecible. Las causas comunes incluyen: holgura mecánica (tornillos flojos, grietas), rodamientos desgastados con juego excesivo, inestabilidad del proceso (cavitación en bombas, turbulencia en ventiladores), resonancia (velocidad de operación cerca de la frecuencia natural), efectos térmicos durante el calentamiento o vibración de equipos vecinos. Solucione estos problemas antes de intentar balancear.

¿Qué es el método de tres ejecuciones en el balanceo de dos planos?
El método de tres ejecuciones implica: Ejecución 0: medición inicial sin pesos de prueba para establecer la vibración de referencia; Ejecución 1: medición con el peso de prueba instalado en el Plano 1 para determinar su influencia; Ejecución 2: medición con el peso de prueba movido al Plano 2. Basándose en estos tres puntos de datos, el instrumento calcula los pesos de corrección exactos necesarios para ambos planos utilizando el método de coeficientes de influencia.

¿Cómo calculo el desbalance residual permisible según la ISO 1940-1?
First calculate permissible specific unbalance: epor = (G × 9549) / n, where G is the quality grade (e.g., 2.5 for turbines, 6.3 for fans) and n is RPM. Then calculate permissible residual unbalance: Upor = epor × M, where M is rotor mass in kg. For example, a 5 kg rotor at 3000 RPM with G2.5: epor = (2.5 × 9549)/3000 = 7.96 μm, Upor = 7.96 × 5 = 39.8 g·mm.

¿Cuál es el efecto mínimo del peso de prueba necesario para un balanceo preciso?
El peso de prueba debe provocar un cambio de al menos 20-30 % en la amplitud de vibración O un cambio de 20-30 grados en el ángulo de fase. Si el efecto es demasiado pequeño, la señal útil se pierde en el ruido de medición, lo que lleva a cálculos de corrección inexactos. Si no hay cambios, aumente la masa del peso de prueba (dentro de los límites seguros) hasta lograr un efecto suficiente.

How do I account for keyways? (ISO 8821, now ISO 21940-32:2012)
Standard practice is to use a "half-key" in the shaft keyway when balancing without the mating part, as specified in ISO 21940-32:2012 (which superseded ISO 8821). This compensates for the mass of that part of the key that fills the groove on the shaft.

Tabla 3: Guía para la solución de problemas comunes de balanceo
Síntoma Causas probables Acciones recomendadas
Lecturas inestables/"flotantes" Holgura mecánica, desgaste de rodamientos, resonancia, inestabilidad del proceso, vibración externa Tighten all bolted connections, check bearing play, conduct coast-down test (the RunDown tab in the F5 - Vibration Meter mode), stabilize operating regime
No se logra la tolerancia después de varios ciclos Coeficientes de influencia incorrectos, el rotor es flexible, presencia de un defecto oculto (desalineación) Repetir la prueba con un peso de prueba seleccionado correctamente, verificar si el rotor es flexible, usar FFT para buscar otros defectos
La vibración es normal después del balanceo pero regresa rápidamente Expulsión del peso de corrección, acumulación de producto en el rotor, deformaciones térmicas Utilizar un método de fijación del peso más confiable (soldadura), implementar un programa regular de limpieza del rotor

Sección 4.2: Guía de balanceo para tipos específicos de equipos

Industrial fans and induced-draft (ID) fans:

  • Problema: Más susceptible al desbalance debido a la acumulación de producto en las aspas o al desgaste abrasivo.
  • Procedimiento: Siempre limpiar a fondo el impulsor antes de comenzar el trabajo. Prestar atención a las fuerzas aerodinámicas que pueden causar inestabilidad.

Bombas:

  • Problema: El principal enemigo: la cavitación.
  • Procedimiento: Antes del balanceo, asegurar un margen de cavitación suficiente en la entrada (NPSHa). Verificar que la tubería de succión no esté obstruida.

Trituradoras, molinos y picadoras:

  • Problema: Desgaste extremo, posibilidad de grandes cambios de desbalance debido a la rotura o al desgaste de los martillos.
  • Procedimiento: Verificar la integridad y la fijación de los elementos de trabajo. Puede ser necesario un anclaje adicional del bastidor de la máquina.

Inductores de motores eléctricos:

  • Problema: Pueden presentar fuentes de vibración tanto mecánicas como eléctricas.
  • Procedimiento: Use the vibration spectrum (F8 - Charts) to check for vibration at twice the supply frequency. Its presence indicates electrical malfunction, not unbalance.

Conclusión

El balanceo dinámico de rotores en su lugar utilizando instrumentos portátiles como el Balanset-1A es una herramienta poderosa para aumentar la confiabilidad y la eficiencia de la operación de equipos industriales. Sin embargo, el éxito de este procedimiento depende no tanto del instrumento en sí como de la cualificación del especialista y de su capacidad para aplicar un enfoque sistemático.

Principios clave:

  • La preparación determina el resultado: La limpieza exhaustiva del rotor, la verificación del estado de los rodamientos y de la cimentación, y el diagnóstico preliminar de vibraciones son condiciones obligatorias para un balanceo exitoso.
  • El cumplimiento de las normas es la base de la calidad: La aplicación de la norma ISO 1940-1 transforma la evaluación subjetiva en un resultado objetivo, medible y con validez legal.
  • El instrumento no es solo un balanceador, sino también una herramienta de diagnóstico: La imposibilidad de realizar el balanceo o la inestabilidad en las lecturas son signos diagnósticos importantes que indican problemas más graves.
  • Comprender la física del proceso es clave para resolver tareas no estándar: El conocimiento de las diferencias entre rotores rígidos y flexibles, y la comprensión de la influencia de la resonancia, permiten a los especialistas tomar decisiones correctas.

Seguir las recomendaciones descritas en esta guía permitirá a los especialistas técnicos no solo resolver con éxito las tareas típicas, sino también diagnosticar y solucionar de manera efectiva problemas complejos y no triviales de vibración en equipos rotativos.

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