ISO 1940-1: Vibración mecánica – Requisitos de calidad del equilibrio para rotores en estado constante (rígido)

Resumen

La norma ISO 1940-1 es una de las normas más importantes y frecuentemente referenciadas en el campo del equilibrado de rotores. Proporciona un método sistemático para clasificar los rotores por tipo, determinar un nivel adecuado de calidad de equilibrado y calcular una tolerancia de equilibrado específica. El núcleo de la norma es el concepto de Grados de calidad del equilibrio (grados G), que permite a los fabricantes y al personal de mantenimiento especificar y verificar la precisión de un trabajo de equilibrio de forma estandarizada. Esta norma se aplica específicamente a rotores rígidos—aquellos que no se flexionan ni se doblan a su velocidad de servicio.

Nota: Esta norma ha sido reemplazada formalmente por la ISO 21940-11, pero sus principios y el sistema G-Grade siguen siendo la base fundamental para el equilibrio de rotores rígidos en todo el mundo.

Tabla de Contenidos (Estructura Conceptual)

La norma está estructurada para guiar al usuario a través del proceso de determinación de un desequilibrio residual admisible:

1. 1. Ámbito de aplicación:

   Esta sección inicial establece los límites y el propósito de la norma. Indica explícitamente que sus reglas y directrices se aplican a rotores que se comportan rígidamente En todo su rango de velocidad de operación. Esta es la premisa fundamental de toda la norma; significa que el rotor no experimenta flexión ni deformación significativas debido a fuerzas de desequilibrio. El alcance es amplio y abarca una amplia variedad de maquinaria rotativa en todas las industrias. Sin embargo, también aclara que se trata de una norma de propósito general, y que para ciertos tipos específicos de maquinaria (p. ej., turbinas de gas aeroespaciales), otras normas más estrictas pueden prevalecer. Establece el objetivo: proporcionar un método sistemático para especificar las tolerancias de equilibrio, esenciales para el control de calidad en la fabricación y la reparación.

2. 2. Grados de calidad del equilibrio (grados G):

   Esta sección es el corazón de la norma. Introduce el concepto de Grados de calidad del equilibrio (grados G) como una forma de clasificar los requisitos de equilibrio para diferentes tipos de maquinaria. El grado G se define como el producto del desequilibrio específico (excentricidad, mi) y la velocidad angular máxima de servicio (Ω), donde G = e × ΩEste valor representa una velocidad de vibración constante, lo que proporciona una medida estandarizada de calidad. La norma proporciona una tabla completa que enumera una amplia variedad de tipos de rotores (p. ej., motores eléctricos, impulsores de bombas, ventiladores, turbinas de gas, cigüeñales) y asigna un grado G recomendado para cada uno. Estos grados se basan en décadas de datos empíricos y experiencia práctica. Por ejemplo, un G6.3 podría recomendarse para un motor industrial estándar, mientras que un husillo de rectificado de precisión requeriría un G1.0 o G0.4 mucho más estricto. Un número G más bajo siempre significa una tolerancia de equilibrado más ajustada y precisa, lo que se traduce en un desequilibrio residual menor.

3. 3. Cálculo del desequilibrio residual admisible:

   Esta sección proporciona la conexión matemática esencial entre el grado G teórico y una tolerancia práctica y medible. Detalla la fórmula para calcular el desequilibrio específico admisible (mi_por), que es el desplazamiento admisible del centro de gravedad con respecto al eje de rotación. La fórmula se deriva directamente de la definición del grado G:

   mi_por = G / Ω

   Para uso práctico con unidades de ingeniería comunes, la norma proporciona la fórmula:

   mi_por [g·mm/kg] = (G [mm/s] × 9549) / n [RPM]

   Una vez alcanzado el desequilibrio específico admisible (mi_por) se calcula, se multiplica por la masa del rotor (M) para encontrar el desequilibrio residual total admisible (Tú_por) para todo el rotor: Tú_por = e_por × MEste valor final, expresado en unidades como gramos-milímetros (g·mm), es el objetivo que debe alcanzar el operador de la equilibradora. El rotor se considera equilibrado cuando su desequilibrio residual medido es inferior a este valor calculado.

4. 4. Asignación del desequilibrio residual a los planos de corrección:

   Esta sección aborda el paso crítico de distribuir el desequilibrio total permisible calculado (Tú_por) en tolerancias específicas para cada uno de los dos planos de correcciónSe requiere un equilibrio de dos planos para corregir ambos estático y desequilibrio de parejaLa norma proporciona fórmulas para esta asignación, que depende de la geometría del rotor. En un rotor simple y simétrico, el desequilibrio total suele repartirse equitativamente entre los dos planos. Sin embargo, para geometrías más complejas, como rotores en voladizo o rotores con el centro de gravedad no centrado entre los rodamientos, la norma proporciona fórmulas específicas. Estas fórmulas tienen en cuenta las distancias de los planos de corrección y del centro de gravedad a los rodamientos, lo que garantiza que la tolerancia para cada plano se distribuya correctamente. Este paso es vital porque una máquina equilibradora mide el desequilibrio en cada plano de forma independiente; por lo tanto, el operador necesita un valor objetivo específico para cada plano (p. ej., «El desequilibrio admisible en el plano I es de 15 g·mm y en el plano II es de 20 g·mm»).

5. 5. Fuentes de error en el balanceo:

   Esta sección final sirve como guía práctica sobre los factores reales que pueden comprometer la precisión de un trabajo de balanceo, incluso cuando se ha calculado una tolerancia precisa. Destaca que lograr un balanceo perfecto es imposible y que el objetivo es reducir el desequilibrio residual a un nivel inferior a la tolerancia calculada. La norma analiza varias fuentes clave de error que deben gestionarse, entre ellas: errores en la calibración de la propia máquina de balanceo; imperfecciones geométricas de los muñones del rotor o de las superficies de montaje (excentricidad); errores introducidos por las herramientas utilizadas para montar el rotor en la máquina (p. ej., un árbol desequilibrado); y efectos operativos que no están presentes durante el balanceo a baja velocidad, como la expansión térmica o las fuerzas aerodinámicas. Este capítulo sirve como lista de verificación crucial para el control de calidad, recordando al profesional que debe considerar todo el proceso de balanceo, no solo el número final en la pantalla de la máquina.

Conceptos clave

• Normalización: El sistema G-Grade proporciona un lenguaje universal para la calidad del equilibrado. Un cliente puede especificar "equilibrado hasta G6.3" y cualquier taller de equilibrado del mundo sabrá exactamente la tolerancia requerida.
• Dependencia de la velocidad: La norma establece claramente que la tolerancia del equilibrado depende en gran medida de la velocidad de operación de la máquina. Un rotor más rápido requiere un equilibrado más preciso (menor desequilibrio residual admisible) para producir el mismo nivel de vibración que un rotor más lento.
• Sentido práctico: La norma proporciona un marco práctico y probado basado en décadas de datos empíricos, que ayuda a evitar tanto el desequilibrio insuficiente (que genera vibraciones elevadas) como el desequilibrio excesivo (que es innecesariamente costoso).

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