ISO 1940-1 — Requisitos de calidad de balanceo para rotores rígidos
La norma internacional fundamental que define el sistema de calidad de balanceo por grados G — desde G 0.4 (giroscopios) hasta G 4000 (diésel marinos). Ahora incorporada en la ISO 21940-11, con valores y metodología de grados G idénticos.
Desbalance residual permisible
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 — ingrese datos del rotor, obtenga Upor
Resultados — ISO 1940-1
Desbalance residual permisible
para calcular la tolerancia
Grados de calidad de balanceo G
Escala logarítmica con factor 2.5 entre grados adyacentes — desde ultra-precisión G 0.4 hasta marino G 4000
| Grado G | e·ω (mm/s) | Tipos de rotores típicos | Notas |
|---|---|---|---|
| G 0.4 | 0.4 | Giroscopios, husillos de precisión, unidades de discos ópticos | Cerca del límite del balanceo convencional |
| G 1.0 | 1.0 | Transmisiones de husillos de rectificado, grabadoras de cinta, pequeños armaduras de precisión | Requiere condiciones ultra limpias |
| G 2.5 | 2.5 | Turbinas de gas y vapor, turbogeneradores, turbocompresores, motores de alta velocidad | Evita daños prematuros en los rodamientos |
| G 6.3 | 6.3 | Ventiladores, bombas, volantes de inercia, motores eléctricos, máquinas-herramienta, bobinas de papel | Más común — grado predeterminado |
| G 16 | 16 | Ejes cardán (especiales), maquinaria agrícola, trituradoras, ventiladores de minas | Uso pesado, condiciones severas |
| G 40 | 40 | Ruedas y llantas de automóvil, ejes cardán (estándar), ventiladores lentos | La variación de la llanta domina |
| G 100 | 100 | Motores completos de automóviles, camiones, locomotoras | Motores de combustión interna como conjuntos |
| G 250 | 250 | Cigüeñales de motores diésel de alta velocidad | Nivel de componente |
| G 630 | 630 | Cigüeñales de motores de 4 tiempos grandes, diésel marinos en montajes elásticos | Alternativos de baja velocidad grandes |
| G 1600 | 1600 | Cigüeñales de motores de 2 tiempos grandes | Muy lentos, cimientos masivos |
| G 4000 | 4000 | Cigüeñales de diésel marinos de baja velocidad en cimientos rígidos | Requisitos más laxos |
| Tipo de rotor | Masa (kg) | RPM | G | Upor (g·mm) | Por plano | epor (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Motor pequeño | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| Ventilador HVAC | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Impulsor de bomba | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Turbocompresor | 120 | 8 000 | G 2.5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Bobina de papel | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Ventilador de planta de energía | 350 | 990 | G 2.5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Husillo de rectificado | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Rueda de automóvil | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
| Tipo de rotor | Asignación | Fórmula | Notas |
|---|---|---|---|
| Simétrico | División igual | UL=UR=Upor/2 | Caso más simple. Motores, algunos ventiladores. |
| Asimétrico entre rodamientos | Proporcional | UL=Upor·(b/L) | Método más común. |
| Colgante (en voladizo) | Basado en momentos | Ecuaciones de estática | Tolerancias más estrictas en el plano colgante. |
| Estrecho (planos cercanos) | Estático + par por separado | Según ISO 21940-12 | Efectos de vibración diferentes. |
¿Qué es la ISO 1940-1?
ISO 1940-1 (Vibración mecánica — Requisitos de calidad de balanceo de rotores en estado constante (rígido)) define la Sistema de calidad de balanceo por grados G para rotores rígidos. La fórmula Upor = (9 549 × G × M) / n calcula el desbalance residual permisible desbalance. Reemplazado por ISO 21940-11:2016 con valores idénticos. Grado predeterminado para maquinaria industrial: G 6.3.
La ISO 1940-1 es el documento fundamental para el balanceo de rotores en todo el mundo. Su sistema de grados G es el lenguaje de facto del balanceo: "balancear a G 6.3" es entendido por cada especialista globalmente. La norma cubre rotores rígidos desde pequeños husillos de precisión hasta enormes cigüeñales, proporcionando un marco universal para especificar, calcular y verificar la calidad de balanceo.
La norma se aplica únicamente a rígido rotores — aquellos cuyas deformaciones elásticas bajo fuerzas centrífugas son despreciables en todo el rango de velocidad de operación. Los rotores flexibles (que operan por encima de la primera velocidad crítica de flexión) están cubiertos por la ISO 21940-12.
El concepto de rotor rígido
Un rotor se clasifica como rígido si su distribución de masa no cambia significativamente cuando la velocidad varía desde cero hasta la velocidad máxima de operación. La consecuencia clave: un rotor balanceado a baja velocidad en una máquina de balanceo permanece balanceado a su velocidad de operación. Esto permite realizar el balanceo a 300–600 RPM en una máquina de taller mientras se cumplen las tolerancias a 3 000+ RPM en servicio.
Si un rotor opera en la región supercrítica (por encima de la primera velocidad crítica de flexión velocidad crítica) o cerca de resonancia, las deflexiones cambian la distribución de masa efectiva, y el balanceo a baja velocidad puede ser ineficaz a alta velocidad. Dichos rotores se clasifican como flexibles.
Rotores con geometría variable (ejes articulados, palas de helicóptero). Resonancia en sistemas rotor-soporte-fundación. Fuerzas aerodinámicas e hidrodinámicas no relacionadas con la distribución de masa. Para ventiladores específicamente, consulte ISO 14694 (categorías BV específicas para ventiladores y límites de vibración).
Tipos de desbalance
Desbalance = eje de inercia del rotor ≠ eje de rotación. En forma vectorial: U = m × r (g·mm). La norma ISO 1940-1 clasifica tres tipos:
- Desbalance estático: Eje de inercia paralelo al eje de rotación pero desplazado. Masa desbalanceada equivalente única. Corregible en un plano. Típico: poleas, engranajes estrechos, impulsores de ventiladores (L/D < 0.5).
- Desbalance de par: Eje de inercia que pasa por el centro de masa pero inclinado. Fuerza neta cero, pero un par (de fuerzas) hace oscilar al rotor. Requiere dos planos de corrección.
- Desbalance dinámico: Caso general — estático + par combinados. Eje de inercia ni paralelo ni intersectante con el eje de rotación. Requiere dos planos de corrección. La mayoría de los rotores reales tienen desbalance dinámico.
Desbalance específico (excentricidad)
El grado G se define como el producto e × ω (mm/s) — la velocidad lineal del centro de masa del rotor orbitando el eje de rotación. Este único número caracteriza la calidad de balanceo independientemente del tamaño y la velocidad del rotor.
El sistema de grados G — Base física
Similitud de masa
Para rotores geométricamente similares: Upor ∝ M → desbalance específico epor debe ser constante. Una sola norma se aplica a todos los tamaños.
Similitud de velocidad
Fuerza centrífuga F = M·e·ω². Para mantener cargas aceptables en los rodamientos a diferentes velocidades, epor debe disminuir a medida que ω aumenta:
Cálculo del desbalance residual permisible
Datos: Impulsor de ventilador centrífugo, M = 200 kg, n = 1 500 RPM, G 6.3.
Total: Upor = 9 549 × 6.3 × 200 / 1 500 = 8 021 g·mm
Excentricidad: epor = 8 021 / 200 = 40.1 µm
Por plano (simétrico, 2): 8 021 / 2 = 4 011 g·mm
A R = 400 mm: 4 011 / 400 = 10.0 g por plano
La velocidad en la fórmula debe ser la RPM más alta en servicio — no la velocidad de la máquina de balanceo. Muchos rotores se balancean a 300–600 RPM, pero la tolerancia debe usar la velocidad real de servicio (p. ej. 1 480 RPM). Usar la velocidad de la máquina de balanceo produce tolerancias peligrosamente holgadas.
Distribución en planos de corrección
Upor se aplica al centro de masa del rotor. En la práctica, balanceo en dos planos (cerca de los rodamientos). Reglas del Capítulo 7:
Rotores simétricos
Centro de masa en el punto medio → igual: UL = UR = Upor / 2.
Asimétrico entre rodamientos
Rotores en voladizo
La masa en voladizo genera un momento flector que carga ambos rodamientos. Se requiere un recálculo basado en momentos → típicamente una tolerancia mucho más estricta en el plano en voladizo. Común en bombas, compresores de un solo etapa, impulsores de ventiladores en voladizo.
Errores y verificación
Fuentes de error
- Sistemáticos: Deriva de calibración de la máquina, mandriles excéntricos, efectos del cuñero (ISO 8821), distorsión térmica.
- Aleatorio: Ruido del sensor, juego del soporte, variación en el asentamiento del rotor.
El error total no debe exceder el 10–15 % de la tolerancia. Si es mayor, ajustar la tolerancia de trabajo en consecuencia.
Efectos del ensamblaje
Balanceo de componentes ≠ balanceo de ensamblaje. La excentricidad del acoplamiento, la excentricidad de giro radial, los ajustes holgados pueden anular el trabajo en componentes. Realice un balanceo de ajuste del rotor ensamblado.
Métodos de verificación
- Prueba de índice: Girar el rotor 180° sobre el mandril y volver a medir. El cambio = error del dispositivo de sujeción.
- Prueba de peso de prueba: Agregar masa conocida, verificar que el cambio del vector medido coincida con lo esperado.
- Verificación en campo: Medir la vibración en los rodamientos según ISO 10816.
Balanset-1A automatiza la ISO 1940-1: ingresar masa, velocidad, grado G → U instantáneapor con asignación automática de planos. Tras el balanceo, compara el residual con el límite. La función Informes F6 genera un protocolo formal que documenta el grado G alcanzado. Precisión ±5 % de velocidad, ±1° de fase — suficiente para G 16 hasta G 2.5. El Balanset-4 se extiende a cuatro canales para rotores complejos con múltiples rodamientos.
Ejemplos Resueltos
Rotor: 15 kW, 1 460 RPM, 35 kg, simétrico entre rodamientos.
Tolerancia: Upor = 9 549 × 6.3 × 35 / 1 460 = 1 442 g·mm → 721/plano.
A R = 80 mm: 721 / 80 = 9.0 g/plano. Balanceado en taller: 180 g·mm residual. ✅
Rotor: Eje + impulsor 18 kg, 2 950 RPM. Impulsor 6 kg en voladizo a 120 mm. Luz entre rodamientos 250 mm.
Total: Upor = 367 g·mm. Asignación por momentos: frontal ≈ 202, trasero ≈ 165 g·mm.
Balanceo en campo con Balanset-1A de un solo plano: 8.5 g a 230°. Final: 95 g·mm. ✅
Rotor: 3 etapas, 65 kg, 12 000 RPM. Ligeramente asimétrico.
Tolerancia: Upor = 129 g·mm → 65/plano → a R = 95 mm: 0.68 g/plano.
Precisión subgramal → solo máquina de alta velocidad en taller. Prueba de índice: error del mandril < 5 g·mm. Final: 28 g·mm/plano. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- Valores de grado G, fórmulas, tablas de aplicación — idénticos. Sin cambios técnicos.
- Serie ISO 21940: Parte 11 (calidad), Parte 12 (flexibles), Parte 14 (procedimientos), Parte 21 (descripciones), Parte 31 (susceptibilidad), Parte 32 (claves).
- Ambas designaciones se usan indistintamente en la práctica.
- ISO 14694 Las categorías BV hacen referencia directa a los grados G.
Normas relacionadas
- ISO 21940-11: Esta norma — sistema de grados G.
- ISO 21940-12: Balanceo de rotores flexibles.
- ISO 10816 / ISO 20816: Evaluación de vibración — resultado operativo de la calidad de balanceo.
- ISO 14694: Categorías BV específicas para ventiladores, grados de balanceo y límites de vibración.
- ISO 8821: Influencia del cuñero (convención de media chaveta).
- API 610 / API 617: Bombas y compresores petroleros que hacen referencia a la ISO 1940.
Norma oficial: ISO 1940-1 en la tienda ISO →
Preguntas frecuentes — ISO 1940-1
Sistema de calidad de balanceo de grado G para rotores rígidos
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