ISO 1940-2 — Balance Errors (now ISO 21940-14)
The historical standard for assessing balance errors of rigid rotors — systematic, randomly variable and scalar error sources in the balancing process. Withdrawn and replaced by ISO 21940-14:2012. The balancing vocabulary itself is defined in ISO 21940-2 (formerly ISO 1925) and is summarised below.
Términos clave de balanceo de un vistazo
The most important definitions from the ISO balancing vocabulary — ISO 21940-2 (formerly ISO 1925) — the terms every balancing practitioner must know
Referencia completa de terminología
All major terms from the balancing vocabulary, ISO 21940-2 (formerly ISO 1925), organised by category
| Término | Definición | Significado |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Un cuerpo capaz de rotar alrededor de un eje definido. En el contexto del balanceo, incluye cualquier componente rotativo: ejes, impulsores, armaduras, tambores, husillos. | El objeto fundamental del balanceo. Todos los demás términos describen propiedades del rotor o acciones sobre él. |
| Rotor Rotor rígido | Un rotor cuyo desbalance puede corregirse en cualquier par de planos arbitrarios y, después de la corrección, el desbalance residual no cambia significativamente a ninguna velocidad hasta la velocidad de servicio máxima. | Determina que ISO 1940-1 (sistema de grados G) aplica. El balanceo a baja velocidad en una máquina de taller es válido. La gran mayoría de los rotores industriales son rígidos. |
| Rotor Rotor flexible | Un rotor que se deforma elásticamente a su velocidad de servicio de tal manera que su estado de desbalance cambia. Debe corregirse a o cerca de la velocidad de servicio en más de dos planos. | Requiere ISO 21940-12. Turbinas de alta velocidad, generadores grandes, compresores multietapa. Se necesita equipo especializado de balanceo a alta velocidad. |
| Rotor Eje del eje | La línea recta que une los centros de los muñones del eje. El eje geométrico de rotación. | El eje de referencia para todas las mediciones de desbalance. La excentricidad de giro de los muñones afecta la precisión de la medición. |
| Rotor Eje principal de inercia | El eje alrededor del cual el rotor rotaría libremente sin producir fuerza centrífuga ni momento. Coincide con el eje del eje para un rotor perfectamente balanceado. | La discrepancia entre el eje principal y el eje del eje es desbalance. Toda corrección busca alinear estos dos ejes. |
| Rotor Centro de masa (gravedad) | El punto donde toda la masa del rotor puede considerarse concentrada. Para un rotor balanceado, se encuentra exactamente en el eje del eje. | Desbalance estático = CoM desplazado del eje del eje. Desbalance específico (e) = distancia de desplazamiento. |
| Rotor Velocidad de servicio | La velocidad de rotación máxima a la que el rotor opera en su aplicación prevista. | Crítico para el cálculo de tolerancia: Upor = (9 549 × G × M) / n. Siempre usar la velocidad de servicio, no la velocidad de balanceo. |
| Rotor Velocidad crítica | Una velocidad de rotación a la que un sistema rotor-rodamiento experimenta resonancia, resultando en una vibración enormemente amplificada. | Determina la clasificación rígido/flexible. Un rotor rígido opera muy por debajo de la primera velocidad crítica de flexión. |
| Término | Definición | Fórmula / Unidades |
|---|---|---|
| Desbalance Desbalance | Condición en la que el eje principal de inercia no coincide con el eje de rotación. Causa fuerza centrífuga proporcional a la masa, la excentricidad y el cuadrado de la velocidad. | U = m × r (g·mm o kg·m) |
| Desbalance Desbalance estático | Eje principal paralelo al eje de rotación pero desplazado. Equivalente a una masa única en un radio único. Detectable sin rotación (cuchillas). Vibración de rodamientos en fase. | Corregido en 1 plano |
| Desbalance Desbalance de par | El eje principal intersecta el eje de rotación en el centro de masas, pero está inclinado. Dos puntos pesados iguales y opuestos en planos diferentes crean un momento de balanceo. Solo detectable mientras gira. | Corregido en 2 planos |
| Desbalance Desbalance dinámico | El caso general: el eje principal no es paralelo ni intersecta el eje de rotación. Combinación de desbalance estático y de par. La condición más común en la práctica. | Corregido en 2 planos |
| Desbalance Desbalance específico | Relación entre el desbalance y la masa del rotor. Representa la excentricidad: el desplazamiento del centro de masas respecto al eje del rotor. Permite comparar la calidad entre rotores de diferentes tamaños. | e = U / M (µm o g·mm/kg) |
| Desbalance Desbalance residual | El desbalance que permanece en un rotor después del proceso de balanceo. No debe exceder el valor permisible (Upor) para el Grado G. | Ures ≤ Upor |
| Desbalance Desbalance inicial | El desbalance de un rotor tal como se recibe, antes de cualquier corrección de balanceo. Medido en la primera ejecución. | Valor de referencia para el procedimiento de balanceo |
| Desbalance Vector de desbalance | La magnitud y la posición angular del desbalance en un plano dado. Representado como un vector polar con amplitud (g·mm) y ángulo de fase (°). | U∠θ (g·mm a ° desde ref) |
| Término | Definición | Notas prácticas |
|---|---|---|
| Proceso Balanceo | El proceso de verificar y ajustar la distribución de masa de un rotor para que el desbalance residual se mantenga dentro de una tolerancia especificada. | Iterativo: medir → calcular → corregir → verificar. |
| Proceso Plano de corrección | Un plano perpendicular al eje del rotor en el que se añade o retira masa. La ubicación físicamente accesible para la colocación de pesos. | Puede diferir de los planos de tolerancia (rodamientos): requiere conversión geométrica. |
| Proceso Plano de tolerancia | El plano en el que se especifica el desbalance permisible: típicamente el plano del rodamiento. El desbalance aquí afecta directamente las cargas en los rodamientos. | Upor se especifica para planos de tolerancia; debe convertirse a planos de corrección. |
| Proceso Masa de corrección | La masa física (peso) que se añade o retira del rotor en un radio y ángulo específicos dentro del plano de corrección. | Añadida: con clip, atornillada, soldada, con epoxi. Retirada: perforación, fresado, rectificado. |
| Proceso Peso de prueba | A known mass temporarily attached to the rotor at a known radius and angle during the balancing procedure. Used to determine the rotor's response (influence coefficient). | El método de peso de prueba del Balanset-1A: ejecutar → fijar peso de prueba → ejecutar → el software calcula la corrección. |
| Proceso Coeficiente de influencia | El cambio en la respuesta de vibración (amplitud y fase) en un punto de medición causado por un desbalance unitario en una ubicación específica. Caracteriza la sensibilidad del rotor-rodamiento. | Calculado a partir de ejecuciones con peso de prueba. El balanceo en dos planos requiere una matriz de influencia de 2×2. |
| Proceso Balanceo en un solo plano | Procedimiento que corrige el desbalance estático en un plano de corrección. Adecuado para rotores cortos (tipo disco) con L/D < 0.5. | Balanset-1A Modo F2. Un sensor, un plano. |
| Proceso Balanceo en dos planos | Procedimiento que corrige tanto el desbalance estático como el de par en dos planos de corrección. Requerido para rotores alargados o cuando el desbalance de par es significativo. | Balanset-1A Modo F3. Dos sensores, dos planos. |
| Proceso Balanceo de ajuste | Un ajuste final y fino de balanceo realizado en un rotor ensamblado para compensar el desbalance introducido por el ensamblaje (excentricidad de giro del acoplamiento, tolerancias de ajuste). | A menudo se realiza en campo en la máquina instalada. |
| Proceso Distribución de pesos | Distribuir una masa de corrección calculada entre dos ubicaciones accesibles adyacentes (por ejemplo, dos agujeros para pernos o posiciones de álabes) cuando la posición angular exacta no es accesible. | El Balanset-1A proporciona cálculo automático de división de peso. |
| Término | Definición | Comparación |
|---|---|---|
| Máquina Máquina de balanceo | Un dispositivo que mide el desbalance en un rotor (magnitud y posición angular) para que se pueda corregir la distribución de masa. | Basada en taller (estacionaria) o en campo (portátil como Balanset-1A). |
| Máquina Máquina de rodamientos blandos | La suspensión es muy flexible. El rotor gira por encima de la frecuencia natural de la suspensión. Mide el desplazamiento físico. Debe calibrarse para cada geometría de rotor. | Menos común hoy en día. Menor costo, pero el operador debe recalibrar por rotor. Detección de desplazamiento. |
| Máquina Máquina de rodamientos duros | La suspensión es muy rígida. El rotor gira por debajo de la frecuencia natural de la suspensión. Los sensores miden la fuerza centrífuga directamente. Calibración permanente: acepta una amplia gama de rotores sin configuración específica del rotor. | Tipo dominante en la industria moderna. Más versátil, configuración más rápida. Detección de fuerza. |
| Máquina Balanceador de campo | Instrumento portátil utilizado para balancear rotores in situ (instalados en la máquina) sin desmontaje. Utiliza sensores de vibración y un tacómetro. Método de peso de prueba. | Balanset-1A (2 canales) y Balanset-4 (4 canales). Calculadora de tolerancia ISO 1940 integrada. |
| Máquina Mandril (Árbol) | Un eje o adaptador sobre el cual se monta un rotor para balancearlo en una máquina. Debe ser concéntrico con precisión y tener una excentricidad de giro despreciable. | La excentricidad del mandril es una fuente importante de error sistemático de balanceo. Verificada mediante prueba de indexación. |
| Término | Definición | Fórmula / Norma |
|---|---|---|
| Calidad Grado de calidad de balanceo (G) | A classification specifying the maximum permissible velocity of the rotor's centre of mass. G = epor × ω. Los grados forman una escala logarítmica con factor 2.5. | G 0.4 … G 4000 Definido en ISO 1940-1 |
| Calidad Desbalance residual permisible (Upor) | Desbalance residual máximo permitido para el grado G especificado, la masa del rotor y la velocidad de servicio. El criterio de aceptación. | Upor = (9549 × G × M) / n |
| Calidad Tolerancia de balanceo | El rango dentro del cual debe caer el desbalance residual para cumplir con el requisito de calidad especificado. Igual a Upor. | Especificado por plano después de la asignación |
| Calidad Relación de reducción de desbalance (URR) | Relación entre el desbalance inicial y el desbalance residual después de un ciclo de corrección. Indica la eficiencia de la máquina/procedimiento de balanceo. | URR = Uinicial / Uresidual Típico: 5–50× |
| Medición Ángulo de fase | La posición angular del vector de desbalance con respecto a una marca de referencia en el rotor (medida por tacómetro). Combinada con la amplitud, define el vector de desbalance completo. | ° (grados, 0–360) |
| Medición Velocidad de vibración (RMS) | Valor cuadrático medio de la velocidad de vibración en el soporte del rodamiento. El parámetro de medición estándar para la evaluación de la condición de la máquina según ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Medición Prueba de indexación | Procedimiento de verificación: girar el rotor un ángulo definido (p. ej. 180°) con respecto a los soportes de la máquina y volver a medir. Detecta errores del mandril y del dispositivo de sujeción. | Requerido para la verificación formal según ISO 1940-1 Cap. 10 |
| Medición Desbalance residual mínimo alcanzable (Umar) | El desbalance residual más bajo alcanzable en una máquina de balanceo dada para un rotor específico. Determinado por la sensibilidad de la máquina, el nivel de ruido y las condiciones de los rodamientos. | Umar debe ser ≤ Upor para que la máquina sea adecuada para el grado G requerido. |
¿Qué es la ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 2: Balance errors) was the international standard for identifying, assessing and taking into account the errors that arise when balancing rigid rotors — from mandrel and drive-shaft unbalance to component runout and instrumentation scatter. It has been withdrawn and replaced by ISO 21940-14:2012 (Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 14: Procedures for assessing balance errors), which extends the same procedures to rotors with flexible behaviour. Note: it is often confused with the balancing vocabulary — that is a different standard, ISO 21940-2 (formerly ISO 1925), whose terminology this page summarises below.
When an engineer in Germany specifies "dynamic unbalance correction to G 6.3 in two planes," a technician in Japan must understand exactly what is required — the same rotor condition, the same balancing procedure, and the same acceptance criterion. The ISO balancing vocabulary — ISO 21940-2 (formerly ISO 1925) — makes this possible by providing a single, internationally agreed vocabulary for the entire field.
ISO 1940-2 itself, by contrast, was neither a dictionary nor a tolerance specification — it dealt with balance errors. It classified the error sources of the balancing process as systematic (magnitude and angle can be evaluated — e.g. mandrel or drive-shaft unbalance, radial and axial runout, keys and keyways, residual magnetism, reassembly and instrumentation errors), randomly variable (loose parts, entrapped liquids, thermal distortion, windage) and scalar (only the maximum magnitude can be estimated, the angle is indeterminate — e.g. fitting clearances and manufacturing tolerances), and gave procedures for assessing them and taking them into account so that the residual unbalance genuinely stays within the permissible value Upor de ISO 1940-1 (now ISO 21940-11). Its successor, ISO 21940-14, keeps exactly this role within the ISO 21940 series.
Análisis detallado de términos
La distinción rígido / flexible
Esta es la clasificación más importante en el balanceo. La distinción determina todo: qué norma aplica, qué equipo se necesita, cuántos planos se requieren y a qué velocidad debe realizarse el balanceo.
A rotor whose unbalance can be corrected in any two arbitrary planes and, after correction, the residual unbalance does not change significantly at any speed up to the maximum service speed. Prueba práctica: si la primera velocidad crítica velocidad crítica está muy por encima de la velocidad máxima de servicio (típicamente > 1.5× o más), el rotor es rígido.
Un rotor que se deforma elásticamente a su velocidad de servicio de tal manera que su estado de desbalance cambia. Debe balancearse a o cerca de la velocidad de servicio en más de dos planos. Aplica a: large turbogenerators, multi-stage high-speed compressors, long paper machine rolls at high speed. Covered by ISO 21940-12.
The vast majority of industrial rotors — electric motors, fans, pumps, flywheels, shafts — are rigid rotors. The ISO 1940-1 El sistema de grados G aplica directamente a rotores rígidos.
Los tres tipos de desbalance
The vocabulary (ISO 21940-2) defines three fundamental types based on the geometric relationship between the principal inertia axis and the rotation axis. Understanding these is essential for selecting the correct balancing procedure:
- Desbalance estático produce una fuerza — both bearings vibrate in phase at 1× RPM. The rotor can be detected as unbalanced without rotation (gravity reveals it on knife-edges). One correction plane suffices. Typical for narrow disc-like rotors (L/D < 0.5): narrow pulleys, fan impellers, thin flywheels.
- Desbalance de par produce una momento — bearings vibrate 180° out of phase at 1× RPM. The net force is zero (centre of mass is on the axis), but two equal and opposite heavy spots in different axial positions create a rocking couple. Only detectable while spinning. Requires two correction planes.
- Desbalance dinámico = static + couple combined. The general case for all real rotors that are not perfectly symmetric. Both force and moment are present. Bearings vibrate at 1× with neither in-phase nor exactly 180° out-of-phase relationship. Requires two-plane balancing.
Desbalance específico y la conexión con el grado G
Desbalance específico (e = U/M) es la métrica clave que permite la comparación universal de la calidad de balanceo. Un rotor de 5 kg con 50 g·mm de desbalance tiene e = 10 µm. Un rotor de 500 kg con 5 000 g·mm de desbalance también tiene e = 10 µm: calidad de balanceo idéntica a pesar de la diferencia de masa de 100×.
El Grado G extiende esto incorporando la velocidad: G = e × ω, lo que da un solo número (mm/s) que caracteriza la calidad de balanceo independientemente de la masa y la velocidad. Esta es la base del ISO 1940-1 sistema de tolerancias.
Planos de corrección vs. planos de tolerancia
The vocabulary draws a critical distinction that is often missed in practice:
- Planos de tolerancia = los planos de los rodamientos donde la vibración y las cargas dinámicas son más críticas. El desbalance permisible Upor se especifica aquí.
- Planos de corrección = ubicaciones físicamente accesibles donde se pueden colocar pesos (centro del ventilador, anillos finales del motor, escalones del eje). A menudo en posiciones axiales diferentes a las de los rodamientos.
Convertir Upor desde los planos de tolerancia a los planos de corrección requiere conocer la geometría del rotor. Para rotores asimétricos o en voladizo, esta conversión puede cambiar significativamente las tolerancias por plano. El Balanset-1A maneja esta conversión automáticamente cuando se ingresan las dimensiones del rotor.
Tipos de máquinas de balanceo
Los dos tipos fundamentales de máquina reflejan diferentes principios físicos de medición:
- Soporte blando: La frecuencia natural de la suspensión está muy por debajo de la velocidad de operación → la máquina mide desplazamiento. Requiere calibración para cada nuevo rotor. Históricamente significativa; su uso está disminuyendo.
- Soporte rígido: La frecuencia natural de la suspensión está muy por encima de la velocidad de operación → la máquina mide fuerza. Calibración permanente: acepta diferentes rotores sin calibración individual. El tipo moderno dominante.
Field balancing instruments like the Balanset-1A use a different principle: they are not a "machine" in the ISO sense but use the rotor's own bearings and support as the measurement system, employing the trial-weight (influence coefficient) method to determine correction without requiring a dedicated balancing machine.
Referencia cruzada: dónde se usa cada término
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Usa todos los términos de tolerancia y calidad: grado G, Upor, tolerancia de balanceo, desbalance residual. El principal consumidor de este vocabulario.
ISO 14694: Uses rotor terms (rigid), unbalance terms, and extends with fan-specific BV application categories, balance grades and vibration-limit tables.
ISO 10816 / ISO 20816: Usa términos de medición: velocidad de vibración, RMS, puntos de medición en el soporte del rodamiento.
ISO 21940-12: Extends flexible rotor definition with multi-speed, multi-plane procedures.
API 610 / API 617: Las normas petroleras hacen referencia a los grados G de la ISO 1940 y a la terminología de desbalance para especificaciones de bombas y compresores.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Transition
ISO 21940-14:2012 has formally cancelled and replaced ISO 1940-2:1997, of which it constitutes a technical revision — the main change being the extension of its applicability to rotors with flexible behaviour. The balancing vocabulary followed a separate path: ISO 1925 was revised as ISO 21940-2. The ISO 21940 numbering reflects integration into the comprehensive ISO 21940 series covering all aspects of rotor balancing. The old designations still appear widely in industry literature.
Norma oficial: ISO 21940-14:2012 (replaces ISO 1940-2) on ISO Store →
Preguntas frecuentes — ISO 1940-2
Balance errors, the ISO 21940 transition, and balancing terminology
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