ISO 1940-2 — Balance Errors (ahora ISO 21940-14)
La norma histórica para evaluar errores de equilibrado de rotores rígidos: fuentes de error sistemáticas, aleatoriamente variables y escalares en el proceso de equilibrado. Retirada y sustituida por ISO 21940-14:2012. El propio vocabulario de equilibrado se define en ISO 21940-2 (antes ISO 1925) y se resume a continuación.
Los ingenieros de Vibromera siguen empleando la taxonomía de errores de la norma ISO 1940-2 al diagnosticar el desequilibrio residual que persiste tras la corrección con instrumentos portátiles como el Balanset-1A.
Términos clave de equilibrado de un vistazo
Las definiciones más importantes del vocabulario ISO de equilibrado — ISO 21940-2 (antes ISO 1925) — los términos que todo profesional del equilibrado debe conocer
Referencia terminológica completa
Todos los términos principales del vocabulario de equilibrado, ISO 21940-2 (antes ISO 1925), organizados por categoría
| Término | Definición | Significado |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Un cuerpo capaz de girar sobre un eje definido. En el contexto del equilibrado, incluye cualquier componente giratorio: árboles, impulsores, armaduras, tambores y husillos. | El elemento fundamental del equilibrado. Todos los demás términos describen propiedades o acciones sobre el rotor. |
| Rotor Rotor rígido | Un rotor cuyo desequilibrio se puede corregir en dos planos arbitrarios y, después de la corrección, el desequilibrio residual no cambia significativamente a ninguna velocidad hasta la velocidad máxima de servicio. | Determina que ISO 1940-1 (sistema de grado G) se 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 modo que cambia su estado de desequilibrio. Debe corregirse a la velocidad de servicio o cerca de ella en más de dos planos. | Requiere la norma ISO 21940-12. Turbinas de alta velocidad, generadores grandes y compresores multietapa. Se requiere equipo especializado de equilibrado de alta velocidad. |
| Rotor Eje del rotor | Línea recta que une los centros de los muñones de los cojinetes. Eje geométrico de rotación. | Eje de referencia para todas las mediciones de desequilibrio. El batimiento de los muñones afecta la precisión de la medición. |
| Rotor Eje principal de inercia | El eje sobre el cual el rotor gira libremente sin generar fuerza ni momento centrífugo. Coincide con el eje del árbol para un rotor perfectamente equilibrado. | El desajuste entre el eje principal y el eje del árbol es desequilibrio. Toda corrección tiene como objetivo alinear estos dos ejes. |
| Rotor Centro de masa (gravedad) | El punto donde se puede considerar concentrada toda la masa del rotor. En un rotor equilibrado, se encuentra exactamente en el eje del árbol. | Desequilibrio estático = centro de masa desplazado respecto del eje del rotor. Desequilibrio específico (e) = distancia de desplazamiento. |
| Rotor Velocidad de servicio | La velocidad de rotación máxima a la que funciona el rotor en su aplicación prevista. | Crítico para el cálculo de la tolerancia: Uper = (9 549 × G × M) / n. Utilice siempre la velocidad de servicio, no la velocidad de equilibrio. |
| Rotor Velocidad crítica | Una velocidad de rotación a la cual un sistema de rotor y cojinete experimenta resonancia, lo que da como resultado una vibración muy amplificada. | Determina la clasificación rígido/flexible. Un rotor rígido opera muy por debajo de la primera velocidad crítica de flexión. |
| Término | Definición | Fórmula / Unidades |
|---|---|---|
| Desequilibrio Desequilibrio | Condición en la que el eje principal de inercia no coincide con el eje de rotación. Produce una fuerza centrífuga proporcional a la masa, la excentricidad y la velocidad al cuadrado. | U = m × r (g·mm o kg·m) |
| Desequilibrio Desequilibrio estático | Eje principal paralelo al eje de rotación, pero desplazado. Equivalente a una sola masa con un solo radio. Detectable sin rotación (filos de cuchilla). Vibración en fase del cojinete. | Corregido en 1 plano |
| Desequilibrio Desequilibrio de par | El eje principal interseca el eje de rotación en el centro de masas, pero está inclinado. Dos puntos de peso iguales y opuestos en planos diferentes crean un momento de balanceo. Solo se detecta durante la rotación. | Corregido en 2 planos |
| Desequilibrio Desequilibrio dinámico | Caso general: eje principal ni paralelo ni intersecante al eje de rotación. Combinación de estática y par. La condición más común en la práctica. | Corregido en 2 planos |
| Desequilibrio Desequilibrio específico | Relación entre el desequilibrio y la masa del rotor. Representa la excentricidad (el desplazamiento del centro de masas respecto al eje del árbol). Permite realizar comparaciones de calidad entre rotores de diferentes tamaños. | e = U / M (µm o g·mm/kg) |
| Desequilibrio Desequilibrio residual | El desequilibrio que queda en un rotor después del proceso de equilibrado no debe superar el valor admisible (Uper) para el especificado Grado G. | Ures ≤ Uper |
| Desequilibrio Desequilibrio inicial | Desequilibrio de un rotor en su estado original, antes de cualquier corrección de equilibrado. Medido en la primera prueba. | Línea base para el procedimiento de equilibrado |
| Desequilibrio Vector de desequilibrio | Magnitud y posición angular del desequilibrio en un plano dado. Representada como un vector polar con amplitud (g·mm) y ángulo de fase (°). | U∠θ (g·mm a ° de la referencia) |
| Término | Definición | Notas prácticas |
|---|---|---|
| Proceso Equilibrio | El proceso de comprobar y ajustar la distribución de masa de un rotor de modo que el desequilibrio residual esté dentro de una tolerancia especificada. | Iterativo: medir → calcular → corregir → verificar. |
| Proceso Plano de corrección | Plano perpendicular al eje del rotor donde se añade o se retira masa. Lugar físicamente accesible para colocar el peso. | Puede diferir de los planos de tolerancia (cojinete): requiere conversión geométrica. |
| Proceso Plano de tolerancia | El plano en el que se especifica el desequilibrio admisible, generalmente el plano del cojinete. En este caso, el desequilibrio afecta directamente las cargas del cojinete. | Uper se especifica para planos de tolerancia; debe convertirse en planos de corrección. |
| Proceso Masa de corrección | La masa física (peso) agregada o quitada del rotor en un radio y ángulo específicos dentro del plano de corrección. | Se añadieron: clip-on, atornillado, soldadura, epoxi. Se eliminaron: taladrado, fresado y rectificado. |
| Proceso Peso de prueba | Una masa conocida se fija temporalmente al rotor con un radio y un ángulo conocidos durante el procedimiento de equilibrado. Se utiliza para determinar la respuesta del rotor (coeficiente de influencia). | El método de prueba de peso Balanset-1A: ejecutar → adjuntar prueba → ejecutar → el software calcula la corrección. |
| Proceso Coeficiente de influencia | El cambio en la respuesta vibratoria (amplitud y fase) en un punto de medición causado por un desequilibrio unitario en una ubicación específica. Caracteriza la sensibilidad del sistema rotor-cojinete. | Calculado a partir de pasadas con peso de prueba. El equilibrado en dos planos requiere una matriz de influencia de 2×2. |
| Proceso Equilibrado en un solo plano | Procedimiento para corregir el desequilibrio estático en un plano de corrección. Adecuado para rotores cortos (tipo disco) con una relación L/D < 0,5. | Balanset-1A Modo F2. Un sensor, un plano. |
| Proceso Equilibrado en dos planos | Procedimiento para corregir el desequilibrio estático y de par en dos planos de corrección. Necesario para rotores alargados o cuando el desequilibrio de par es significativo. | Balanset-1A Modo F3. Dos sensores, dos planos. |
| Proceso Equilibrio de ajuste | Un ajuste final de equilibrio fino realizado en un rotor ensamblado para compensar el desequilibrio introducido por el ensamblaje (batimiento del acoplamiento, tolerancias de ajuste). | A menudo se realiza en el campo en la máquina instalada. |
| Proceso División de peso | Distribuir una masa de corrección calculada entre dos ubicaciones accesibles adyacentes (por ejemplo, dos orificios para pernos o posiciones de cuchillas) cuando la posición angular exacta no es accesible. | Balanset-1A proporciona un cálculo automático de división del peso. |
| Término | Definición | Comparación |
|---|---|---|
| Máquina Máquina equilibradora | Un dispositivo que mide el desequilibrio en un rotor (magnitud y posición angular) para que se pueda corregir la distribución de masa. | En taller (estacionario) o en campo (portátil como Balanset-1A). |
| Máquina Máquina de cojinetes blandos | La suspensión es muy flexible. El rotor funciona por encima de su frecuencia natural. Mide el desplazamiento físico. Debe calibrarse para cada geometría de rotor. | Menos común hoy en día. Menor costo, pero el operador debe recalibrar cada rotor. Detección de desplazamiento. |
| Máquina Máquina de cojinetes duros | La suspensión es muy rígida. El rotor funciona por debajo de su frecuencia natural. Los sensores miden directamente la fuerza centrífuga. Calibración permanente — admite una amplia gama de rotores sin necesidad de configuración específica por rotor. | Tipo dominante En la industria moderna. Más versátil, configuración más rápida. Detección de fuerza. |
| Máquina Balanceador de campo | Instrumento portátil para equilibrar rotores in situ (instalado en la máquina) sin desmontarlos. 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 incorporada. |
| Máquina Mandril (árbol) | Un eje o adaptador sobre el cual se monta un rotor para equilibrarlo en una máquina. Debe ser precisamente concéntrico y tener una oscilación despreciable. | La excentricidad del mandril es una fuente importante de error sistemático de equilibrado. Verificado mediante prueba de índice. |
| Término | Definición | Fórmula / Estándar |
|---|---|---|
| Calidad Grado de calidad de equilibrado (G) | Una clasificación que especifica la velocidad máxima permisible del centro de masa del rotor. G = eper × ω. Las calificaciones forman una escala logarítmica con factor 2,5. | G 0,4 … G 4000 Definido en ISO 1940-1 |
| Calidad Desequilibrio residual admisible (Uper) | Desequilibrio residual máximo permitido para el grado G, la masa del rotor y la velocidad de servicio especificados. Criterio de aceptación. | Uper = (9549 × G × M) / n |
| Calidad Tolerancia de equilibrio | El rango dentro del cual debe estar el desequilibrio residual para cumplir con el requisito de calidad especificado. Igual a Uper. | Especificado por plano después de la asignación |
| Calidad Relación de reducción del desequilibrio (URR) | Relación entre el desequilibrio inicial y el desequilibrio residual tras un ciclo de corrección. Indica la eficiencia de la máquina/procedimiento de equilibrado. | URR = Uinicial / Uresidual Típico: 5–50× |
| Medición Ángulo de fase | La posición angular del vector de desequilibrio con respecto a una marca de referencia en el rotor (medida con un tacómetro). Combinada con la amplitud, define el vector de desequilibrio completo. | ° (grados, 0–360) |
| Medición Velocidad de vibración (RMS) | Valor cuadrático medio de la velocidad de vibración en la carcasa de un rodamiento. El parámetro de medición estándar para la evaluación del estado de la máquina según ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Medición Prueba de índice | Procedimiento de verificación: girar el rotor un ángulo definido (p. ej., 180°) respecto a los soportes de la máquina y volver a medir. Detecta errores en el mandril y la fijación. | Requerido para la verificación formal según ISO 1940-1 Cap. 10 |
| Medición Desequilibrio residual mínimo alcanzable (Umar) | El desequilibrio residual mínimo alcanzable en una máquina equilibradora para un rotor específico. Se determina en función de la sensibilidad de la máquina, el nivel de ruido y las condiciones de los rodamientos. | Umar debe ser ≤ Uper para que la máquina sea adecuada para el grado G requerido. |
¿Qué es la norma ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Vibración mecánica — Requisitos de calidad de equilibrado de rotores rígidos — Parte 2: Errores de equilibrado) era la norma internacional para identificar, evaluar y tener en cuenta los errores que surgen al equilibrar rotores rígidos, desde el desequilibrio del mandril y del eje de arrastre hasta la excentricidad de componentes y la dispersión de la instrumentación. Ha sido retirada y sustituida por ISO 21940-14:2012 (Vibración mecánica — Equilibrado de rotores — Parte 14: Procedimientos para evaluar errores de equilibrado), que amplía los mismos procedimientos a rotores con comportamiento flexible. Nota: a menudo se confunde con el vocabulario de equilibrado vocabulary — esa es una norma diferente, ISO 21940-2 (antes ISO 1925), cuya terminología resume esta página a continuación.
Cuando un ingeniero en Alemania especifica "corrección de desequilibrio dinámico a G 6.3 en dos planos", un técnico en Japón debe entender exactamente lo que se requiere: la misma condición del rotor, el mismo procedimiento de equilibrado y el mismo criterio de aceptación. El vocabulario ISO de equilibrado — ISO 21940-2 (antes ISO 1925) — hace esto posible al proporcionar un vocabulario único, acordado internacionalmente, para todo el campo.
ISO 1940-2 en sí, por el contrario, no era ni un diccionario ni una especificación de tolerancias: trataba de balance errors. Clasificaba las fuentes de error del proceso de equilibrado como systematic (pueden evaluarse la magnitud y el ángulo; por ejemplo, desequilibrio del mandril o del eje de arrastre, excentricidad radial y axial, chavetas y chaveteros, magnetismo residual, errores de remontaje e instrumentación), aleatoriamente variables (piezas sueltas, líquidos atrapados, distorsión térmica, resistencia aerodinámica) y scalar (solo puede estimarse la magnitud máxima; el ángulo es indeterminado, por ejemplo, holguras de ajuste y tolerancias de fabricación), y proporcionaba procedimientos para evaluarlas y tenerlas en cuenta de modo que el desequilibrio residual permanezca realmente dentro del valor permisible Uper de ISO 1940-1 (ahora ISO 21940-11). Su sucesora, ISO 21940-14, mantiene exactamente esta función dentro de la serie ISO 21940.
Análisis detallado de términos
La distinción entre rígido y flexible
Esta es la clasificación más importante para el balanceo. Esta distinción lo determina todo: qué estándar se aplica, qué equipo se necesita, cuántos planos se requieren y a qué velocidad debe realizarse el balanceo.
Un rotor cuyo desequilibrio se puede corregir en dos planos arbitrarios y, después de la corrección, el desequilibrio residual no cambia significativamente a ninguna velocidad hasta la velocidad máxima de servicio. Prueba práctica: Si la primera velocidad crítica de flexión está muy por encima de la velocidad máxima de servicio (normalmente > 1,5× o más), el rotor es rígido.
Un rotor que se deforma elásticamente a su velocidad de servicio, de modo que cambia su estado de desequilibrio. Debe estar equilibrado a la velocidad de servicio o cerca de ella en más de dos planos. Se aplica a: Grandes turbogeneradores, compresores multietapa de alta velocidad, rollos largos de máquinas de papel a alta velocidad. Cubierto por la norma ISO 21940-12.
La gran mayoría de los rotores industriales — motores eléctricos, ventiladores, bombas, volantes, ejes — son rotores rígidos. El ISO 1940-1 sistema de grado G se aplica directamente a rotores rígidos.
Los tres tipos de desequilibrio
El vocabulario (ISO 21940-2) define tres tipos fundamentales basados en la relación geométrica entre el eje principal de inercia y el eje de rotación. Comprenderlos es esencial para seleccionar el procedimiento de equilibrado correcto:
- Desequilibrio estático produce una fuerza — Ambos rodamientos vibran en fase a 1 × RPM. El rotor puede detectarse como desequilibrado sin rotación (la gravedad lo revela en los filos de una cuchilla). Un plano de corrección es suficiente. Típico para rotores estrechos tipo disco (L/D < 0,5): poleas estrechas, impulsores de ventilador, volantes delgados.
- Desequilibrio de par produce una momento — Los rodamientos vibran desfasados 180° a 1 × RPM. La fuerza neta es cero (el centro de masa está en el eje), pero dos puntos pesados iguales y opuestos en diferentes posiciones axiales crean un par oscilante. Solo se detecta durante el giro. Requiere dos planos de corrección.
- Desequilibrio dinámico = estática + par combinado. Caso general para todos los rotores reales que no son perfectamente simétricos. Tanto la fuerza como el momento están presentes. Los cojinetes vibran a 1× sin una relación en fase ni un desfase exacto de 180°. Requiere balanceo en dos planos.
Desequilibrio específico y conexión de grado G
Desequilibrio específico (e = U/M) es la métrica clave que permite la comparación universal de la calidad del equilibrado. Un rotor de 5 kg con un desequilibrio de 50 g·mm tiene e = 10 µm. Un rotor de 500 kg con un desequilibrio de 5000 g·mm también tiene e = 10 µm: la misma calidad de equilibrado a pesar de una diferencia de masa de 100×.
Grado G lo amplía incorporando la velocidad: G = e × ω, lo que da como resultado un único número (mm/s) que caracteriza la calidad del equilibrio independientemente de la masa y la velocidad. Esta es la base de la ISO 1940-1 sistema de tolerancia.
Planos de corrección vs. Planos de tolerancia
El vocabulario establece una distinción crítica que a menudo se pasa por alto en la práctica:
- Planos de tolerancia = los planos de los rodamientos donde la vibración y las cargas dinámicas son más críticas. Desequilibrio admisible Uper se especifica aquí.
- Planos de corrección = Ubicaciones físicamente accesibles donde se pueden colocar pesos (cubo del ventilador, anillos terminales del motor, resaltes del eje). A menudo, en posiciones axiales diferentes a las de los rodamientos.
Conversión de Uper de planos de tolerancia a planos de corrección requiere conocimiento de la geometría del rotor. Para rotores asimétricos o en voladizo, esta conversión puede modificar significativamente las tolerancias por plano. El Balanset-1A maneja esta conversión automáticamente cuando se introducen las dimensiones del rotor.
Tipos de máquinas equilibradoras
Los dos tipos fundamentales de máquinas reflejan diferentes principios de medición física:
- Cojinete blando: Frecuencia natural de suspensión muy por debajo de la velocidad de funcionamiento → la máquina mide desplazamiento. Requiere calibración para cada rotor nuevo. Históricamente significativo; su uso está en declive.
- Cojinete rígido: Frecuencia natural de suspensión muy por encima de la velocidad de funcionamiento → la máquina mide fuerza. Calibración permanente: admite diferentes rotores sin calibración individual. El tipo moderno predominante.
Instrumentos de equilibrado de campo como el Balanset-1A utilizan un principio diferente: no son una "máquina" en el sentido ISO, sino que utilizan los propios cojinetes y soporte del rotor como sistema de medición, empleando el método de peso de prueba (coeficiente de influencia) para determinar la corrección sin necesidad de una máquina equilibradora dedicada.
Referencia cruzada: dónde se utiliza cada término
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Utiliza todos los términos de tolerancia y calidad: grado G, grado Uper, tolerancia al equilibrio, desequilibrio residual. El principal consumidor de este vocabulario.
ISO 14694: Utiliza términos de rotor (rígido), términos de desequilibrio, y los amplía con categorías BV de aplicación específicas para ventiladores, grados de equilibrado y tablas de límites de vibración.
ISO 10816 / ISO 20816: Utiliza términos de medición: velocidad de vibración, RMS, puntos de medición de la carcasa del cojinete.
ISO 21940-12: Amplía la definición de rotor flexible con procedimientos de múltiples velocidades y múltiples planos.
API 610 / API 617: Las normas petroleras hacen referencia a los grados G de la norma ISO 1940 y a la terminología de desequilibrio para las especificaciones de bombas y compresores.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: transición
ISO 21940-14:2012 ha anulado y sustituido formalmente a ISO 1940-2:1997, de la que constituye una revisión técnica; el principal cambio es la ampliación de su aplicabilidad a rotores con comportamiento flexible. El vocabulario de equilibrado siguió una vía aparte: ISO 1925 fue revisada como ISO 21940-2. La numeración ISO 21940 refleja la integración en la completa serie ISO 21940, que cubre todos los aspectos del equilibrado de rotores. Las antiguas designaciones siguen apareciendo ampliamente en la literatura industrial.
Norma oficial: ISO 21940-14:2012 (sustituye a ISO 1940-2) en ISO Store →
Preguntas frecuentes — ISO 1940-2
Errores de equilibrado, la transición a ISO 21940 y la terminología de equilibrado
▸ ¿Qué es la norma ISO 1940-2?
▸ ¿Cuál es la diferencia entre desequilibrio estático y dinámico?
▸ ¿Cuál es la diferencia entre un rotor rígido y flexible?
▸ ¿Qué es el desequilibrio residual?
▸ ¿Cuál es la diferencia entre el plano de corrección y el plano de tolerancia?
▸ ¿Máquina equilibradora con cojinetes blandos o con cojinetes duros?
▸ ¿Qué es el desequilibrio específico (excentricidad)?
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