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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

El balanceo dinámico de campo es una de las operaciones clave en la puesta en marcha de vibraciones y el mantenimiento basado en condición, orientada a extender la vida útil del equipo industrial y prevenir situaciones de emergencia. El uso de instrumentos portátiles como el Balanset-1A permite realizar estas operaciones directamente en el sitio de operación, minimizando el tiempo de inactividad y los costos asociados con el desmontaje. Sin embargo, un balanceo exitoso requiere no solo la capacidad de trabajar con el instrumento, sino también una comprensión profunda de los procesos físicos que subyacen a la vibración, así como el conocimiento del marco regulatorio que rige la calidad del trabajo.

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): En este tipo de desbalance, el eje principal central de inercia del rotor se desplaza paralelo al eje de rotación — el centro de masa se desplaza radialmente del eje de rotación. En estado estático, dicho rotor, instalado sobre filos de cuchillo horizontales (vías paralelas), siempre girará con el lado pesado hacia abajo. El desbalance estático predomina en rotores delgados en forma de disco donde la relación longitud-diámetro (L/D) es inferior a aproximadamente 0.5, por ejemplo, muelas abrasivas o impulsores de ventilador estrechos. La eliminación del desbalance estático es posible instalando un peso correctivo en un plano de corrección, diametralmente opuesto al punto pesado — un enfoque de un solo plano que es válido a velocidades moderadas (aproximadamente por debajo de 1000 rpm); los discos estrechos de alta velocidad todavía requieren balanceo en dos planos.

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 para el balanceador portátil y analizador de vibraciones Balanset-1A. Calculadora de tolerancia de balanceo (ISO 1940)
Software para el balanceador portátil y analizador de vibraciones Balanset-1A. Calculadora de tolerancia de balanceo (ISO 1940)

Esta norma es el documento fundamental para determinar el desbalance residual permisible. Introduce el concepto de grado de calidad de balanceo (G), que se elige únicamente según el tipo de máquina. La velocidad entra después, cuando el grado se convierte en un desbalance específico permisible: eper = (G × 9549) / n.

Grado de calidad G: Cada tipo de equipo corresponde a un grado de calidad específico que permanece constante sin importar la velocidad de rotación. Por ejemplo, el grado G6.3 se recomienda para ventiladores, bombas y motores eléctricos de uso general, G16 para trituradoras y maquinaria agrícola, y G2.5 para turbinas y turbocompresores.

Cálculo del desbalance residual permisible (Uper): La norma permite calcular un valor de desbalance permisible específico que sirve como indicador objetivo durante el balanceo. El cálculo se realiza en tres etapas:

  1. Determinación del desbalance específico permisible (eper) 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 eper es g·mm/kg o μm.
  2. Determinación del desbalance residual permisible (Uper) para todo el rotor:
    Uper = eper × M
    donde M es la masa del rotor, kg. La unidad de medida para Uper es g·mm.
  3. Distribución de Uper entre los dos planos de corrección. Para un rotor simétrico, divídalo 50/50 (en el ejemplo siguiente: 19.9 g·mm por plano). Para un rotor asimétrico entre rodamientos: Uleft = Uper × (b/L), Uright = Uper × (a/L), donde a y b son las distancias del centro de masa a los rodamientos izquierdo y derecho, y L = a + b. Los rotores en voladizo requieren un recálculo basado en momentos con una tolerancia más estricta en el plano en voladizo. El Balanset-1A realiza esta distribución automáticamente y muestra el desbalance residual por plano (D1, D2) junto a la tolerancia de balanceo en la pestaña Result.

Ejemplo: Para un rotor de motor eléctrico con una masa de 5 kg, que opera a 3000 rpm con grado de calidad G2.5:
eper = (2.5 × 9549) / 3000 ≈ 7.96 μm
Uper = 7.96 × 5 = 39.8 g·mm
Esto significa que después del balanceo, el desbalance residual no debe exceder 39.8 g·mm - para este rotor simétrico, aproximadamente 19.9 g·mm en cada uno de los dos planos de corrección.

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

El éxito del balanceo depende abrumadoramente de lo minucioso del trabajo preparatorio. La mayoría de los fallos no se relacionan con un mal funcionamiento del instrumento, sino con ignorar factores que afectan la repetibilidad de la medición. El principio de preparación principal es excluir todas las demás fuentes posibles de vibración para que el instrumento mida únicamente el efecto del desbalance.

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: Limpie a fondo todas las superficies del rotor de suciedad, óxido y depósitos acumulados (producto apelmazado). Incluso una pequeña cantidad de suciedad a un radio grande crea un desbalance significativo. Verifique la ausencia de elementos rotos o faltantes.
  • 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: Asegúrese de que la unidad esté instalada sobre una base rígida. Verifique el torque de los pernos de anclaje y la ausencia de grietas en el bastidor.
  • 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):

  • Conecte los cables de los sensores a los conectores correspondientes del instrumento (por ejemplo, X1 y X2 para el Balanset-1A; en revisiones más recientes los conectores están etiquetados como Ch-1 y 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):

  • Conecte el sensor a la entrada especial (X3 para el Balanset-1A; etiquetada como Tacho en revisiones más recientes).
  • 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)

  • Inicie el software y conecte el módulo de interfaz USB (no se requieren derechos de administrador).
  • Vaya al módulo de balanceo (F7 - Balancing). Cree un registro nuevo para la unidad que se está balanceando.
  • Seleccione el tipo de balanceo: 1 plano (estático, pestaña F2 - Single-plane) para rotores angostos, o 2 planos (dinámico, pestaña F3 - Two-plane) para la mayoría de los demás casos.
  • 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: La masa del peso de prueba debe ser suficiente para causar un cambio notable en los parámetros de vibración (cambio de amplitud de al menos 20-30% O cambio de fase de al menos 20-30 grados). No tiene que adivinar la masa inicial: después de Run 0, el Estimador del Primer Peso de Prueba del software recomienda tanto la masa del peso de prueba como su ángulo de instalación a partir de la marca del tacómetro, y el programa advierte si el peso instalado resulta ser demasiado pequeño.
  • 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 retire el peso de prueba. Si retirarlo no es práctico, puede dejarlo instalado - marque la casilla "Leave on rotor" en el software para que el cálculo lo tome en cuenta.
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 retire el peso de prueba (o déjelo con la casilla "Leave on rotor" marcada, como en 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): Medición de verificación y balanceo fino

  • 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): Antes de iniciar el trabajo, desenergice y desconecte el accionamiento del rotor. Coloque etiquetas de advertencia en los arrancadores para que nadie encienda la máquina por error.

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: Al fijar pesos de prueba o correctivos permanentes, preste especial atención a su sujeción. Un peso que sale despedido se convierte en un proyectil peligroso.

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.

Uso del espectro de vibración para el diagnóstico diferencial (en el software Balanset: F8 - Charts, pestaña "F5-Spectrum (Hz)"):

  • Desalineación del eje: Signo principal: pico de vibración alto a la frecuencia de 2x RPM. Una vibración axial alta es característica.
  • Defectos de rodamientos: Se manifiestan como vibración de alta frecuencia en las frecuencias características de "rodamiento" (BPFO, BPFI, BSF, FTF). Tenga en cuenta que el diagnóstico detallado de rodamientos de rodillos está fuera del alcance del Balanset-1A: el instrumento mide la velocidad de vibración en la banda de 5-1000 Hz, la respuesta del sensor disminuye por encima de aproximadamente 550 Hz, y no hay análisis de envolvente (demodulación) - use un analizador de rodamientos dedicado para esa tarea.
  • Flexión del eje: Se manifiesta como un pico alto en 1x RPM, pero a menudo acompañado de una componente notable en 2x RPM. Cuando el rotor se balancea sobre un mandril, el software ofrece compensación de excentricidad integrada: la medición F7 - Run Ecc (tomada con el rotor girado 180 grados sobre el mandril) junto con la opción "Subtract mandrel runout from measurements", de modo que la excentricidad no se confunda con desbalance.
  • 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 %.
  • Velocidad de operación inconsistente entre corridas: 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: Siga estrictamente la metodología - retire el peso de prueba después de la corrida, o, si permanece en el rotor, asegúrese de que la casilla "Leave on rotor" esté marcada para que el cálculo lo tome en cuenta.

Estándares de calidad de balanceo

Tabla 1: Grados de calidad de balanceo (G) según ISO 1940-1 para equipos típicos
Grado de calidad G Grado de calidad de balanceo G =per·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 Ejes cardán con requisitos especiales, maquinaria agrícola, trituradoras
G6.3 6.3 Rotores de bombas, impulsores de ventiladores, armaduras de motores eléctricos
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

Nota: el número de grado es el productoper·ω en mm/s. El desbalance específico permisible mismo depende de la velocidad:per = (G × 9549) / n [μm]. Ejemplo: G6.3 a 1500 rpm daper = 40.1 μm; a 3000 rpm da 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 balanceo de 1 plano (estático) para rotores estrechos en forma de disco donde la relación longitud-diámetro (L/D) es inferior a aproximadamente 0.5 y la velocidad es moderada (aproximadamente por debajo de 1000 rpm), como muelas abrasivas o impulsores de ventilador estrechos. Use balanceo de 2 planos (dinámico) para rotores alargados, para cualquier L/D superior a aproximadamente 0.5, y para discos estrechos de alta velocidad. El balanceo en dos planos corrige tanto el desbalance estático como el desbalance de par (momento).

¿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?
En el desbalance estático, el eje principal central de inercia del rotor se desplaza paralelo al eje de rotación — el centro de masa se desplaza radialmente del eje — y puede detectarse sin hacer girar el rotor, colocándolo sobre soportes de filo de cuchillo. El desbalance dinámico es una combinación de desbalance estático y de par en el que el eje principal de inercia no coincide con el eje de rotación — solo se manifiesta durante la rotación y requiere corrección en dos planos.

¿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?
Primero calcule el desbalance específico permisible: eper = (G × 9549) / n, donde G es el grado de calidad (p. ej., 2.5 para turbinas, 6.3 para ventiladores) y n son las RPM. Luego calcule el desbalance residual permisible: Uper = eper × M, donde M es la masa del rotor en kg. Por ejemplo, un rotor de 5 kg a 3000 RPM con G2.5: eper = (2.5 × 9549)/3000 = 7.96 μm, Uper = 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.

¿Cómo tomo en cuenta los cuñeros? (ISO 8821, ahora ISO 21940-32:2012)
La práctica estándar es usar una "media cuña" en el cuñero del eje cuando se balancea sin la pieza acoplada, como se especifica en la norma ISO 21940-32:2012 (que reemplazó a la ISO 8821). Esto compensa la masa de la parte de la cuña que llena la ranura del eje.

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 Apriete todas las conexiones atornilladas, verifique el juego de los rodamientos, realice la prueba de parada libre (la pestaña RunDown en el modo “F5 - Vibration Meter”), estabilice el régimen de operación
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

Ventiladores industriales y ventiladores de tiro inducido (ID):

  • 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 el espectro de vibración (F8 - Charts) para verificar la vibración al doble de la frecuencia de alimentación. Su presencia indica una falla eléctrica, no desbalance.

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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Los procedimientos descritos en esta página fueron desarrollados y probados en campo por el equipo de Vibromera utilizando el Balanset-1A, un balanceador portátil de doble canal y analizador de vibraciones para el balanceo de rotores en sitio.

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