Instrucción de balanceo dinámico de ejes: Estático vs dinámico, Procedimiento en campo y grados ISO 21940
Todo lo que un ingeniero de campo necesita para balancear rotores en sitio: desde la física del desbalance hasta la prueba de verificación final. Procedimiento de siete pasos, fórmulas de peso de prueba, medición del ángulo de corrección y tablas de tolerancia ISO. Basado en el trabajo de campo de Vibromera en ventiladores, trituradoras, molinos y ejes.
¿Qué es el balanceo dinámico?
Balanceo dinámico es el proceso de medir y corregir la distribución desigual de masa de un cuerpo giratorio (rotor) mientras gira a velocidad de operación. A diferencia del balanceo estático, que corrige el desplazamiento de masa en un solo plano, el balanceo dinámico aborda el desbalance en dos o más planos simultáneamente, eliminando tanto la fuerza centrífuga como el par de fuerzas que causan vibración en los rodamientos.
Cada parte giratoria, desde un rotor de trituradora de 200 kg hasta un husillo de taladro dental de 5 g, tiene cierto desbalance residual. Las tolerancias de fabricación, las inconsistencias del material, la corrosión y los depósitos acumulados desplazan el centro de masa fuera del eje geométrico de rotación. El resultado es una fuerza centrífuga que crece con el cuadrado de la velocidad: al doble de RPM, la fuerza se cuadruplica.
Un rotor que gira a 3,000 RPM con solo 10 g de desbalance a un radio de 150 mm genera aproximadamente 150 N de fuerza rotativa, suficiente para destruir rodamientos en semanas. El balanceo dinámico reduce esta fuerza a un nivel especificado por normas internacionales (ISO 21940‑11, anteriormente ISO 1940), extendiendo la vida útil de los rodamientos de meses a años y reduciendo el tiempo de inactividad por vibración.
Balanceo estático vs dinámico
El centro de gravedad del rotor está desplazado del eje de rotación en un plano. Al colocarse sobre soportes de cuchilla, el lado pesado rueda hacia abajo: esto se puede detectar sin girar.
Corrección: agregar o retirar masa en una sola posición angular opuesta al punto pesado. Un solo plano de corrección es suficiente.
Aplica a: partes estrechas con forma de disco donde L/D es inferior a aproximadamente 0.5: volantes, ruedas abrasivas, impulsores de disco único, hojas de sierra, discos de freno.
Dos (o más) desplazamientos de masa se encuentran en planos diferentes a lo largo del rotor. Pueden cancelarse entre sí estáticamente: el rotor permanece quieto sobre los soportes de cuchilla, pero generan un par de fuerzas oscilante al girar. Este par no puede detectarse ni corregirse sin rotación.
Corrección: dos pesos de compensación en dos planos separados. El instrumento calcula la masa y el ángulo para cada plano a partir de la matriz de coeficientes de influencia.
Aplica a: rotores alargados: ejes, ventiladores con impulsores anchos, rotores de mulcher, rodillos, impulsores de bombas multietapa, turbinas.
Cuatro tipos de desbalance
La norma ISO 21940-11 distingue cuatro patrones fundamentales de desbalance. Comprender cuál predomina ayuda a elegir la estrategia de balanceo correcta.
En la práctica, casi todos los rotores que se encuentran en campo tienen desbalance dinámico: una combinación de componentes de fuerza y par. Por eso, el balanceo en dos planos es el procedimiento predeterminado para cualquier rotor que no sea un disco delgado.
Cuándo usar balanceo de un plano vs. dos planos
El factor determinante es la relación geométrica L/D (longitud axial respecto al diámetro exterior) combinada con su velocidad de operación.
| Criterio | Un plano (1 sensor) | Dos planos (2 sensores) |
|---|---|---|
| Relación L/D | L/D < 0.5 (rotor tipo disco estrecho) | L/D >= 0.5, o distribución axial de masa significativa |
| Piezas típicas | Rueda abrasiva, volante, impulsor de disco único, polea, disco de freno, hoja de sierra | Rotor de ventilador, trituradora, eje, rodillo, bomba multietapa, turbina, trituradora |
| Tipos de desbalance corregidos | Solo estático (fuerza) | Estático + par + dinámico (fuerza + momento) |
| Planos de corrección | 1 | 2 |
| Ejecuciones de medición | 2 (inicial + 1 prueba) | 3 (inicial + 2 pruebas, una por plano) |
| Tiempo en sitio | 15–20 min | 30–45 min |
Grados de calidad de balanceo ISO 21940‑11
ISO 21940‑11 (el sucesor de ISO 1940‑1) asigna a cada clase de maquinaria rotativa un grado de calidad de balanceo G, definida como la velocidad máxima permisible del centro de gravedad del rotor en mm/s. El desbalance residual específico permisible epor (en g·mm/kg) se deriva de la clase y la velocidad de operación:
G — clase de calidad de balanceo (p. ej. 6.3 significa 6.3 mm/s)
ω — velocidad angular, rad/s
RPM — velocidad de operación, rev/min
| Grado | e·ω, mm/s | Tipos de máquina |
|---|---|---|
G 0.4 |
0.4 | Giroscopios, husillos de rectificadoras de precisión |
G 1.0 |
1.0 | Turbochargers, small electric armatures with special requirements |
G 2.5 |
2.5 | Electric motors and generators with special requirements (ordinary industrial motors are G 6.3), medium/large turbines, pumps |
G 6.3 |
6.3 | Ventiladores, bombas, maquinaria de proceso, volantes de inercia, centrífugas, maquinaria industrial general |
G 16 |
16 | Maquinaria agrícola, trituradoras, ejes de transmisión (cardán), partes de máquinas trituradoras |
G 40 |
40 | Ruedas de automóviles de pasajeros, conjuntos de cigüeñales (producción en serie) |
G 100 |
100 | Conjuntos de cigüeñales de motores diésel rápidos con seis o más cilindros |
Ejemplo resuelto: Rotor de ventilador
Un rotor de ventilador centrífugo pesa 80 kg, opera a 1,450 RPM y el radio de corrección es de 250 mm. Clase requerida: G 6.3.
Con radio de corrección de 250 mm: masa residual máxima = 3320 / 250 = 13.3 g masa residual total
Para un trabajo en dos planos, distribuya esa tolerancia total entre los planos; una división igual simple da aproximadamente 6.6 g por plano.
Normas relacionadas: ISO 21940‑11 (rotores rígidos), ISO 21940‑12 (rotores flexibles), ISO 10816‑3 (límites de severidad de vibración), ISO 1940 (predecesora obsoleta).
Procedimiento de balanceo en campo en siete pasos
Este es el método de coeficientes de influencia para el balanceo en campo en dos planos, aplicado con un instrumento portátil como el Balanset‑1A. La misma lógica funciona con cualquier analizador de balanceo de dos canales.
Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) donde Mr = rotor mass (g), Ksupport = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), Kvibración = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), Rt = radio de instalación (cm), N = RPM. O use nuestra calculadora de peso de prueba en línea — ingrese los parámetros de su rotor y obtenga la masa recomendada al instante.
Cálculo del peso de prueba
The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:
Mr — masa del rotor, gramos
Ksupport — support stiffness coefficient (0.5–5.0: 1 = soft rubber mounts, 2–3 = standard bearing pedestals, 4–5 = massive rigid foundation)
Kvibración — vibration level coefficient (0.5–3.0: 0.5 = up to 5 mm/s, 1.0 = 5–10 mm/s, 1.5 = 10–20 mm/s, 2.0 = 20–40 mm/s, 2.5–3.0 = above 40 mm/s)
Rt — radio de instalación del peso de prueba, cm
N — velocidad de funcionamiento, RPM
¿No quiere hacer las matemáticas a mano? Use nuestra calculadora de peso de prueba en línea ↗ — ingrese los parámetros de su rotor, el tipo de soporte y el nivel de vibración, y obtenga la masa recomendada al instante.
Worked Examples (Ksupport = 3, Kvibración = 1.0)
| Máquina | Masa del rotor | RPM | Radio | Trial weight (Ksupp = 3, Kvib = 1) |
|---|---|---|---|---|
| Rotor de moldeadora | 120 kg | 2,200 | 30 cm | 360,000 / (30 × 484) ≈ 25 g |
| Ventilador industrial | 80 kg | 1,450 | 40 cm | 240,000 / (40 × 210.25) ≈ 29 g |
| Tambor de centrífuga | 45 kg | 3,000 | 15 cm | 135,000 / (15 × 900) = 10 g |
| Eje de trituradora | 250 kg | 900 | 25 cm | 750,000 / (25 × 81) ≈ 370 g |
Values shown assume Ksupport = 3 (standard bearing pedestals) and Kvibración = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.
Medición del ángulo de corrección
El instrumento de balanceo proporciona dos números por plano: masa (cuánto peso) y ángulo (dónde colocarlo). El ángulo siempre se referencia a la posición del peso de prueba.
Cómo medir el ángulo
- Punto de referencia (0°): la posición angular donde colocó el peso de prueba. Márquela claramente en el rotor antes de la prueba.
- Dirección de medición: siempre en la dirección de rotación del rotor.
- Lectura del ángulo: the result window shows the Correction mass y Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
- Si se debe retirar masa: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.
División del peso en posiciones fijas
When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Posiciones libres, Posiciones fijas, Ranura circular, y Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.
Planos de corrección y colocación de sensores
El plano de corrección es la posición axial en el rotor donde se agrega o retira masa. El sensor mide la vibración en el rodamiento más cercano. Algunas reglas clave:
- El sensor se coloca en el soporte del rodamiento — lo más cerca posible de la línea central del rodamiento, en dirección radial (horizontal preferible).
- El plano 1 corresponde al sensor 1, el plano 2 al sensor 2. Mantenga la numeración consistente o el software intercambiará los planos de corrección.
- Maximice la separación de planos: cuanto más separados estén los dos planos de corrección, mejor será la resolución del par. La separación práctica mínima es ⅓ de la distancia entre rodamientos.
- Elija posiciones accesibles: el plano de corrección debe ser una ubicación donde pueda fijar físicamente los pesos: el borde de una brida, un círculo de pernos, un aro o una superficie de soldadura.
En la foto anterior, un rotor de mulcher está preparado para balanceo en dos planos. Las marcas azules 1 y 2 indican las posiciones de los sensores en los soportes de los rodamientos. Las marcas rojas 1 y 2 muestran los planos de corrección: en este caso, los extremos con brida del cuerpo del rotor donde se soldarán los pesos.
Rotor en voladizo (sobresaliente)
Los rotores en voladizo: impulsores de ventiladores, volantes montados fuera del tramo de rodamientos, impulsores de bombas, requieren un diseño diferente de sensores y planos. Ambos planos de corrección están del mismo lado de los rodamientos, y la colocación de los sensores debe tener en cuenta que la masa en voladizo amplifica el desbalance de par.
Aplicaciones por tipo de máquina
Métodos de fijación de pesos
| Método | Fijación | Ideal para | Límites |
|---|---|---|---|
| Soldadura | Arandelas o placas de acero soldadas por puntos al borde del rotor | Trituradoras de discos, trituradoras, rotores industriales pesados | Permanente. No se puede usar en aluminio o acero inoxidable sin electrodo especial |
| Pernos y tuercas | Pernos a través de agujeros preperforados con tuercas de seguridad | Impulsores de ventiladores, volantes, bridas de acoplamiento | Requiere agujeros existentes o nueva perforación |
| Abrazaderas de manguera | Abrazadera de manguera de acero inoxidable con peso intercalado | Ejes, rodillos, rotores cilíndricos en campo | Temporal o semipermanente. Verifique el par de apriete de la abrazadera |
| Clip con tornillo de presión | Pesos de clip prefabricados (como los de llantas) | Aspas de ventilador, bordes delgados, rotores ligeros | Rango de masa limitado. Puede deslizarse a altas RPM |
| Adhesivo (epoxi) | Peso pegado a la superficie | Rotores de precisión, entornos limpios | Requiere superficie limpia y seca. Límite de temperatura ~120°C |
| Retiro de material | Perforación o rectificado para retirar material del lado pesado | Turboalimentadores, husillos de alta velocidad, impulsores | Permanente y preciso, pero irreversible. Usar cuando añadir peso no sea seguro |
Errores comunes en el balanceo en campo
| # | Error | Consecuencia | Solución |
|---|---|---|---|
| 1 | Sensor montado en una protección o cubierta | La resonancia de la cubierta distorsiona las lecturas de amplitud y fase → corrección incorrecta | Montar siempre sobre la superficie metálica del soporte del rodamiento |
| 2 | Peso de prueba demasiado ligero | El cambio de fase y amplitud está dentro del ruido → los coeficientes de influencia son poco confiables | Asegure un cambio de amplitud del 20-30 % o un desplazamiento de fase de 20-30 grados en al menos un sensor |
| 3 | Variación de velocidad entre mediciones | La vibración a 1× cambia con RPM² — incluso un cambio de velocidad del 5% corrompe los datos | Usar un tacómetro para un seguimiento preciso de las RPM. Esperar a que la velocidad se estabilice |
| 4 | Leaving the trial weight on without telling the software | Correction calculation is skewed by the unaccounted trial weight → result is meaningless | Remove the trial weight before installing correction weights — or tick Leave on rotor in the Trial weight group so the software accounts for it |
| 5 | Confundir el Plano 1 y el Plano 2 | Los pesos de corrección se colocan en los planos incorrectos → la vibración aumenta | Etiquetar claramente los sensores y los planos. Sensor 1 → Plano 1, Sensor 2 → Plano 2 |
| 6 | Medir el ángulo en sentido opuesto a la rotación | Correction goes 360° − f instead of f → the weight lands mirrored about the reference mark — up to 180° away from the correct position | Confirmar la dirección de rotación antes de comenzar. Medir siempre en la dirección de rotación |
| 7 | Dilatación térmica durante las mediciones | El juego del rodamiento cambia entre las mediciones en frío → mediciones erráticas | Calentar hasta alcanzar el estado estable antes de la medición 0, o completar todas las mediciones rápidamente (<5 min de diferencia) |
| 8 | Usar balanceo en un solo plano en un rotor largo | El desbalance de par queda sin corregir → la vibración puede incluso aumentar en el rodamiento lejano | Use balanceo en dos planos para cualquier rotor donde L/D >= 0.5, la separación entre planos sea significativa, o la corrección en un solo plano afecte al rodamiento lejano |
Informe de campo: Balanceo de rotor de trituradora de molienda
Máquina: Desmulsor de martillos Maschio Bisonte 280, rotor de 165 kg, velocidad de TMA de 2,100 RPM. El cliente reportó vibración severa después de reemplazar 8 martillos.
Configuración: Dos acelerómetros en los soportes de los rodamientos, tacómetro láser en el eje de la TMA. Modo de dos planos del Balanset-1A.
Serie 0: Sensor 1 = 12.4 mm/s @ 47°, Sensor 2 = 8.9 mm/s @ 213°. Zona D (peligro) de la norma ISO 10816-3.
Pruebas de giro: Se utilizó un peso de prueba de 500 g en ambos planos. Respuesta clara: cambio de amplitud >60% en ambos sensores.
Trial mass note: with Ksupport = 3 and Kvibración = 1 the trial weight formula suggests only ≈ 37 g for this rotor — the formula result is a minimum, and higher Ksupport/Kvibración factors call for heavier weights. The 500 g weight used on this job was well above that minimum; the >60% amplitude response confirmed a valid trial, which is the criterion that actually matters.
Corrección: Plano 1: 340 g soldados a 128°. Plano 2: 215 g soldados a 276°.
Verificación: Sensor 1 = 0.8 mm/s, Sensor 2 = 0.6 mm/s. Zona A (buena) de la norma ISO. No se requirió prueba de ajuste.
Balanceo dinámico en dos planos de un ventilador
Los ventiladores industriales — centrífugos, axiales y de flujo mixto — están entre los rotores más comunes que se balancean en campo. El procedimiento a continuación describe un trabajo real de dos planos en un ventilador radial utilizando el Balanset-1A.
Determinación de planos e instalación de sensores
Limpie las superficies para la instalación de los sensores de suciedad y aceite. Los sensores deben ajustarse firmemente a la superficie metálica del soporte del rodamiento; nunca los monte en tapas, protecciones o paneles de chapa sin soporte.
- Sensor 1 (rojo): Instálelo más cerca del frente del ventilador (lado del Plano 1).
- Sensor 2 (verde): Instálelo más cerca de la parte trasera del ventilador (lado del Plano 2).
- Plano 1 (zona roja): Plano de corrección en el disco del impulsor, más cerca del frente.
- Plano 2 (zona verde): Plano de corrección más cerca de la placa trasera o del buje.
Conecte ambos sensores de vibración y el tacómetro láser al Balanset-1A. Fije cinta reflectante al eje o al buje para la referencia de RPM.
Proceso de balanceo
Inicie el ventilador y tome las mediciones iniciales de vibración (Giro 0). Instale un peso de prueba de masa conocida en el Plano 1 en un punto arbitrario, haga funcionar el ventilador y registre el cambio de vibración (Giro 1). Mueva el peso de prueba al Plano 2 en un punto arbitrario, haga funcionar el ventilador nuevamente y registre (Giro 2). El software del Balanset-1A utiliza las tres mediciones para calcular la masa y el ángulo de corrección para cada plano.
Medición del ángulo para los pesos de corrección del ventilador
El ángulo se mide desde la posición del peso de prueba en la dirección de rotación del ventilador, exactamente como se describe en la Medición del ángulo de corrección sección anterior. Marque dónde se colocó el peso de prueba (referencia de 0°), luego cuente el ángulo indicado en la dirección de rotación para encontrar la posición del peso de corrección.
Basado en los ángulos y masas calculados por el software, instale los pesos de corrección en el Plano 1 y el Plano 2. Haga funcionar el ventilador una vez más y verifique que la vibración haya disminuido a un nivel aceptable según ISO 21940‑11 (típicamente G 6.3 para ventiladores de propósito general). Si la vibración residual sigue por encima del objetivo, realice una prueba de ajuste.
Preguntas frecuentes
Equipo para balanceo en campo
Balanset‑1A es un instrumento portátil de dos canales que realiza balanceo dinámico en un plano y en dos planos, además de análisis de vibración (velocidad global, espectros, forma de onda). Se entrega como un kit completo:
- 2 sensores de vibración MEMS (acelerómetros basados en ADXL335) con soportes magnéticos
- Tacómetro láser (sensor de RPM sin contacto) con cinta reflectante
- Unidad de medición USB (se conecta a cualquier laptop con Windows)
- Software: asistente de balanceo, medidor de vibración, analizador de espectros
- Maletín de transporte con todos los cables y accesorios
RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.
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