Balanceo de rotores — Procedimientos, tipos & normas
La guía completa para el balanceo de maquinaria rotativa: estático vs. dinámico (un plano y dos planos), el método de coeficientes de influencia, tolerancias ISO 21940, balanceo en campo y técnicas de corrección.
Balanceo estático vs. dinámico
Los dos tipos fundamentales de balanceo — determinados por la geometría del rotor y el tipo de desbalance presente
| Criterio | Plano Único | Dos planos |
|---|---|---|
| Tipo de desbalance corregido | Solo estático | Estático + par (dinámico) |
| Geometría del rotor | L/D < 0.5 (tipo disco) | L/D > 0.5 (alargado) |
| Número de pruebas | 2 (inicial + prueba) | 3–4 (inicial + 2 pruebas, o acoplamiento cruzado) |
| Sensores requeridos | 1 acelerómetro + tacómetro | 2 acelerómetros + tacómetro |
| Patrón de vibración del rodamiento | En fase a 1× | La fase varía (no en fase, no 180°) |
| Rotores típicos | Impulsores de ventiladores, poleas, ruedas abrasivas | Motores, bombas, rodillos, turbinas, ejes |
| Recomendación de plano ISO | Rotores estrechos según ISO 1940-1 §4.3 | Estándar para todos los rotores alargados |
| Modo Balanset-1A | F2 | F3 |
El procedimiento de balanceo
Método de coeficientes de influencia (peso de prueba): el enfoque estándar para el balanceo en campo y en taller
¿Por qué balancear? — Los beneficios
El desbalance es la fuente #1 de vibración en máquinas rotativas. La corrección ofrece rendimientos medibles.
¿Qué es el balanceo de rotores?
Balanceo de rotores es el proceso de mejorar la distribución de masa de un cuerpo giratorio para que su centro de masa coincida con el eje geométrico de rotación. Esto minimiza las fuerzas centrífugas, reduciendo la vibración, de rodillos cargas, ruido y consumo de energía. La corrección se realiza agregando o retirando peso en ubicaciones y ángulos específicos, guiada por mediciones de vibración y análisis de fase. El criterio de aceptación está definido por ISO 1940-1 (ISO 21940-11) Grados G. Los dos tipos son estático (un plano) para rotores tipo disco y dinámico (dos planos) para rotores alargados.
Desbalance es la fuente más común de vibración en maquinaria rotativa. Cuando la distribución de masa es imperfecta — debido a tolerancias de fabricación, no homogeneidad del material, corrosión, acumulación de depósitos o daño — se generan fuerzas centrífugas que aumentan con el cuadrado de la velocidad. Un pequeño desbalance a baja velocidad puede volverse destructivo a alta velocidad.
El balanceo aborda esto midiendo iterativamente la respuesta de vibración y ajustando la distribución de masa hasta que la residual desbalance esté dentro de la tolerancia. Es tanto un proceso de fabricación (en máquinas de balanceo de taller) como un proceso de mantenimiento (balanceo en campo en equipos instalados).
El método de coeficientes de influencia
El balanceo moderno — tanto en máquinas dedicadas como en campo — utiliza el método del coeficiente de influencia (peso de prueba). El principio físico: si sabemos cómo una masa conocida en una posición conocida cambia la vibración, podemos calcular la masa y la posición necesarias para cancelar el desbalance original.
Para el balanceo en dos planos, el sistema se convierte en una matriz 2×2 (cuatro coeficientes de influencia que tienen en cuenta el acoplamiento cruzado entre planos), pero el principio es idéntico. El Balanset-1A resuelve esto automáticamente: el operador solo ejecuta la máquina y fija los pesos de prueba.
Selección de pesos de prueba
El peso de prueba debe producir un cambio notable en la vibración (idealmente 10–30 % del nivel inicial) sin crear cargas peligrosas. Una estimación inicial útil:
Cuándo balancear — Firma de vibración
¿Cómo sabe usted que la vibración es causada por desbalance en lugar de desalineación, holgura mecánica o defectos de rodamiento?
Frecuencia: Pico dominante exactamente a 1× RPM (velocidad de giro) en el FFT espectro.
Dirección: Principalmente radial (horizontal y vertical). El componente axial es pequeño.
Fase: Ángulo de fase estable y repetible a 1×. La fase no deriva con el tiempo.
Dependencia de la velocidad: La amplitud aumenta con el cuadrado de la velocidad (proporcional a ω²).
Contraste con la desalineación: La desalineación produce componentes significativos de 2× y/o 1× axial. Los defectos de rodamiento producen frecuencias no síncronas.
Antes de balancear, verifique siempre el diagnóstico. El Balanset-1A analizador de espectro (modo F1) muestra el FFT espectro completo, permitiendo confirmar que 1× domina antes de proceder al balanceo.
Métodos de corrección
Agregar masa
- Pesos de clip: Pesos de zinc o acero con clip de resorte. Comunes en ventiladores y ruedas. Rápidos, no permanentes.
- Pesos atornillados: Pesos de precisión asegurados con pernos en agujeros roscados o ranuras en T. Estándar para rotores grandes y turbinas.
- Pesos soldados: Placas o barras de acero soldadas con puntos al rotor. Permanentes. Comunes en ventiladores industriales pesados y rotores de trituradoras.
- Epoxi/masa: Adhesivo de dos componentes con relleno metálico. Bueno para superficies irregulares. Limitado a temperaturas moderadas.
- Tornillos de fijación: Roscados en agujeros radiales. Comunes en bujes de acoplamiento y husillos. Ajustables.
Retirar masa
- Perforación: Retire material del punto pesado. Control preciso de la masa retirada (masa = densidad × volumen). Irreversible.
- Fresado/rectificado: Retire material del borde o cara. Común en ruedas de turbina y rotores de freno.
Distribución de pesos
Cuando el ángulo calculado exacto cae entre posiciones accesibles (por ejemplo, entre agujeros de perno en un acoplamiento), la corrección se divide entre las dos posiciones adyacentes usando descomposición vectorial. El Balanset-1A incluye una calculadora automática de división de peso.
Balanceo en campo (in situ)
El balanceo en campo significa balancear un rotor sin retirarlo de la máquina. Esto elimina el tiempo de inactividad por desmontaje y tiene en cuenta las condiciones reales de operación (alineación, precarga del rodamiento, efectos de la cimentación) que el balanceo en taller no puede replicar.
El Balanset-1A es un sistema completo de balanceo en campo portátil: analizador de vibración de 2 canales, tacómetro láser, integrado ISO 1940 calculadora de tolerancias, modos de balanceo de un plano (F2) y dos planos (F3), división automática de pesos y generación formal de informes de balanceo (F6). Precisión de medición: ±5% velocidad, ±1° fase. Adecuado para G 16 hasta G 2.5.
El Balanset-4 se extiende a 4 canales para rotores complejos con múltiples rodamientos o monitoreo simultáneo de varias máquinas.
Ventajas del balanceo en campo
- Sin desmontaje: Ahorra horas o días de tiempo de inactividad en máquinas grandes.
- Condiciones reales de operación: Incluye alineación, precarga del rodamiento, estado térmico, efectos de la cimentación.
- Balanceo de ajuste: Corrige el desbalance introducido por el montaje que el balanceo en taller no puede abordar.
- Verificación post-mantenimiento: Revisión rápida después del reemplazo del impulsor, cambio de acoplamiento o reparación mayor de rodamientos.
Normas y tolerancias
El balanceo no es "tan bueno como sea posible", sino "dentro de la tolerancia". La tolerancia está definida por estándares internacionales:
| Norma | Asunto | Contenido clave |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | Grados de calidad de balanceo (grados G) | Escala G 0.4–G 4000. Fórmula: Upor = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = estándar para ventiladores, bombas, motores. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | Vocabulario | Definiciones: tipos de desbalance, clasificaciones de rotores, tipos de máquina, términos de calidad. |
| ISO 14694 | Ventiladores industriales | Categorías de aplicación de ventiladores BV, grados de balanceo y guía de límites de vibración específicas para ventiladores industriales. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | Evaluación de vibración de máquinas | Mide el resultado operativo de la calidad de balanceo. Clasificación de zonas A/B/C/D. de la calidad de balanceo. Clasificación de zonas A/B/C/D. |
| ISO 21940-12 | Rotores flexibles | Procedimientos multivelocidad y multiplano para rotores por encima de la primera velocidad crítica de flexión. |
| ISO 21940-14 | Procedimientos de balanceo | Procedimientos generales para balanceo en varios planos. |
| API 610 / API 617 | Bombas / compresores para petróleo | Referencia a los grados G de ISO 1940 para los requisitos de balanceo del rotor. |
Ejemplos Resueltos
Máquina: Ventilador centrífugo de suministro de 22 kW, 1 460 RPM, masa del impulsor 38 kg. Vibración excesiva: 8.2 mm/s RMS en el rodamiento del extremo del accionamiento. El FFT confirma un pico dominante de 1× con fase estable.
Configuración: Balanset-1A sensor en el rodamiento del extremo del accionamiento, tacómetro láser en el eje. Modo F2 (un solo plano — L/D < 0.4).
Paso 1: Primer arranque: 8.2 mm/s a 47°.
Paso 2: Peso de prueba: 15 g a 0° en el buje del ventilador, R = 200 mm.
Paso 3: Prueba con peso: 5.9 mm/s a 112°.
Paso 4: El software calcula: corrección = 22 g a 198°, R = 200 mm.
Paso 5: Instalar peso de soldadura de 22 g a 198°. Retirar el peso de prueba.
Paso 6: Verificación: 0.9 mm/s. Tolerancia ISO G 6.3 → Upor = 1 570 g·mm. Logrado: ~180 g·mm. ✅ Aprobado.
Máquina: Motor de 45 kW + bomba centrífuga, 2 950 RPM, masa del rotor 55 kg. Vibración: rodamiento del extremo del accionamiento 6.1 mm/s, rodamiento del extremo no accionado 4.8 mm/s. Diferencia de fase ~140° → desbalance dinámico.
Configuración: Balanset-1A dos sensores (DE + NDE), modo F3. Planos de corrección: buje del acoplamiento (plano 1) y extremo del ventilador del motor (plano 2).
Ejecuciones: Inicial → prueba plano 1 (10 g a 0°) → prueba plano 2 (8 g a 0°).
Resultado: El software resuelve la matriz 2×2. Corrección: plano 1 = 18 g a 245°, plano 2 = 12 g a 68°.
Verificación: DE: 0.7 mm/s, NDE: 0.5 mm/s. Límite G 6.3: 1 122 g·mm. ✅ Ambos planos muy dentro de la tolerancia.
Máquina: Trituradora de martillos, 980 RPM, masa del rotor 420 kg. Después del reemplazo de los martillos, la vibración aumentó a 14.5 mm/s.
Especificación: G 16 (uso severo, condiciones difíciles). Upor = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g·mm.
Procedimiento: Plano único (rotor tipo disco). Prueba 150 g a 0° en el borde. Corrección: 280 g a 315°. Placa de acero soldada.
Resultado: 2.8 mm/s. Residual ~5 600 g·mm. ✅ Muy dentro del límite G 16.
Temas relacionados
- ISO 1940-1: Sistema de tolerancias por grado G: el criterio de aceptación para los resultados de balanceo.
- ISO 1940-2: Vocabulario: definiciones de todos los términos de balanceo.
- Grado de calidad de balanceo: Calculadora interactiva de grado G.
- Desbalance: La condición física que el balanceo corrige.
- ISO 14694: Categorías BV y límites de vibración específicos para ventiladores.
- Armónicos: Distinguir 1× (desbalance) de 2× (desalineación) y otros órdenes.
- Frecuencia natural: Límite rotor rígido/flexible: crítico para el enfoque de balanceo.
Preguntas frecuentes — Balanceo de rotores
Procedimientos, tipos, diagnóstico y normas
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