Instrucciones de equilibrio dinámico del eje: Estático vs. dinámico, Procedimiento de campo y grados ISO 21940
Todo lo que un ingeniero de campo necesita para equilibrar rotores in situ: desde la física del desequilibrio hasta la verificación final. Procedimiento de siete pasos, fórmulas de pesos de prueba, medición del ángulo de corrección y tablas de tolerancias ISO. Basado en el trabajo de campo de Vibromera con ventiladores, trituradoras forestales, machacadoras y ejes.
¿Qué es el equilibrio dinámico?
Equilibrado dinámico Es el proceso de medir y corregir la distribución desigual de la masa de un cuerpo giratorio (rotor) mientras gira a velocidad de operación. A diferencia del balanceo estático, que corrige el desplazamiento de masa en un solo plano, el balanceo dinámico aborda el desequilibrio en dos o más planos simultáneamente, eliminando tanto la fuerza centrífuga como el par de balanceo que provocan la vibración del cojinete.
Toda pieza giratoria, desde un rotor de trituradora de 200 kg hasta un husillo de taladro dental de 5 g, presenta cierto desequilibrio residual. Las tolerancias de fabricación, las inconsistencias del material, la corrosión y la acumulación de depósitos desplazan el centro de masas del eje geométrico de rotación. El resultado es una fuerza centrífuga que crece con el cuadrado de la velocidad: al duplicar las RPM, la fuerza se cuadruplica.
Un rotor que gira a 3.000 RPM con tan solo 10 g de desequilibrio en un radio de 150 mm genera aproximadamente 150 N de fuerza de rotación, suficiente para destruir los rodamientos en cuestión de semanas. El equilibrado dinámico reduce esta fuerza a un nivel especificado por las normas internacionales (ISO 21940‑11, anteriormente ISO 1940), lo que prolonga la vida útil de los rodamientos de meses a años y reduce el tiempo de inactividad causado por las vibraciones.
Equilibrio estático vs. dinámico
El centro de gravedad del rotor está desplazado respecto del eje de rotación en un plano. Cuando se coloca sobre soportes con filo de cuchillo, el lado pesado rueda hacia abajo (esto se puede detectar sin necesidad de girar).
Corrección: Añadir o quitar masa en una única posición angular opuesta al punto pesado. Un plano de corrección es suficiente.
Se aplica a: piezas estrechas con forma de disco en las que L/D es inferior a aproximadamente 0.5: volantes de inercia, muelas abrasivas, impulsores de un solo disco, hojas de sierra y discos de freno.
Dos (o más) compensaciones de masa se encuentran en diferentes planos a lo largo del rotor. Pueden cancelarse estáticamente (el rotor se mantiene inmóvil sobre los filos de una cuchilla), pero crean una par oscilante Al girar. Este par no se puede detectar ni corregir sin rotación.
Corrección: Dos pesos de compensación en dos planos separados. El instrumento calcula la masa y el ángulo de cada plano a partir de la matriz de coeficientes de influencia.
Se aplica a: Rotores alargados: ejes, ventiladores con impulsores anchos, rotores de trituradoras, rodillos, impulsores de bombas multietapa, turbinas.
Cuatro tipos de desequilibrio
La norma ISO 21940‑11 distingue cuatro patrones fundamentales de desequilibrio. Comprender cuál predomina facilita la elección de la estrategia de equilibrado correcta.
En la práctica, casi todos los rotores que se encuentran en el campo presentan desequilibrio dinámico: una combinación de componentes de fuerza y par. Por ello, el equilibrado en dos planos es el procedimiento predeterminado para cualquier rotor que no sea de disco delgado.
Cuándo utilizar el equilibrado de un solo plano frente al de dos planos
El factor decisivo es la relación de geometría L/D (longitud axial al diámetro exterior) combinado con su velocidad de operación.
| Criterio | Plano único (1 sensor) | Dos planos (2 sensores) |
|---|---|---|
| Relación L/D | L/D < 0.5 (rotor estrecho de tipo disco) | L/D >= 0.5, o distribución axial de masa significativa |
| Piezas típicas | Muela abrasiva, volante, impulsor de un solo disco, polea, disco de freno, hoja de sierra | Rotor de ventilador, trituradora, eje, rodillo, bomba multietapa, turbina, trituradora |
| Tipos de desequilibrio corregidos | Sólo estática (fuerza) | Estático + par + dinámico (fuerza + momento) |
| Planos de corrección | 1 | 2 |
| Ejecuciones de medición | 2 (inicial + 1 prueba) | 3 (inicial + 2 pruebas, una por plano) |
| Tiempo en el sitio | 15–20 minutos | 30–45 minutos |
Grados de calidad de equilibrado ISO 21940‑11
La norma ISO 21940‑11 (la sucesora de la norma ISO 1940‑1) asigna a cada clase de maquinaria rotatoria una grado de calidad de equilibrado G, definida como la velocidad máxima admisible del centro de gravedad del rotor en mm/s. El desequilibrio específico residual admisible epor (en g·mm/kg) se deriva del grado y la velocidad de operación:
G — grado de calidad del equilibrado (por ejemplo, 6,3 significa 6,3 mm/s)
ω — velocidad angular, rad/s
RPM — velocidad de funcionamiento, rev/min
| Grado | e-ω, mm/s | Tipos de máquinas |
|---|---|---|
G 0.4 |
0.4 | Giroscopios, husillos de rectificadoras de precisión |
G 1.0 |
1.0 | Turbochargers, small electric armatures with special requirements |
G 2.5 |
2.5 | Electric motors and generators with special requirements (ordinary industrial motors are G 6.3), medium/large turbines, pumps |
G 6.3 |
6.3 | Ventiladores, bombas, maquinaria de proceso, volantes, centrífugas, maquinaria industrial en general |
G 16 |
16 | Maquinaria agrícola, trituradoras, ejes de transmisión (cardán), piezas de máquinas trituradoras |
G 40 |
40 | Ruedas de turismos, conjuntos de cigüeñales (producción en serie) |
G 100 |
100 | Conjuntos de cigüeñal de motores diésel rápidos con seis o más cilindros |
Ejemplo práctico: Rotor del ventilador
Un rotor de ventilador centrífugo pesa 80 kg, opera a 1450 RPM y su radio de corrección es de 250 mm. Grado requerido: G 6.3.
En un radio de corrección de 250 mm: masa residual máxima = 3320 / 250 = 13,3 gramos masa residual total
Para un trabajo en dos planos, distribuya esa tolerancia total entre los planos; una división igual sencilla da aproximadamente 6.6 g por plano.
Normas relacionadas: ISO 21940‑11 (rotores rígidos), ISO 21940‑12 (rotores flexibles), ISO 10816‑3 (límites de severidad de vibración), ISO 1940 (predecesor heredado).
Procedimiento de Equilibrado en Campo en Siete Pasos
Este es el método del coeficiente de influencia para el equilibrado en campo en dos planos, aplicado con un instrumento portátil como el Balanset-1A. La misma lógica funciona con cualquier analizador de equilibrado de dos canales.
Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) donde Mr = rotor mass (g), Ksupport = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), Kvibración = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), Rt = radio de instalación (cm), N = RPM. O utilice nuestro calculadora de peso de prueba en línea — Ingrese los parámetros de su rotor y obtenga la masa recomendada al instante.
Cálculo del peso de prueba
The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:
Mr — masa del rotor, gramos
Ksupport — support stiffness coefficient (0.5–5.0: 1 = soft rubber mounts, 2–3 = standard bearing pedestals, 4–5 = massive rigid foundation)
Kvibración — vibration level coefficient (0.5–3.0: 0.5 = up to 5 mm/s, 1.0 = 5–10 mm/s, 1.5 = 10–20 mm/s, 2.0 = 20–40 mm/s, 2.5–3.0 = above 40 mm/s)
Rt — radio de instalación del peso de prueba, cm
N — velocidad de funcionamiento, RPM
¿No quiere hacer los cálculos a mano? Use nuestro Calculadora de peso de prueba en línea ↗ — introduzca los parámetros de su rotor, el tipo de soporte y el nivel de vibración, y obtenga la masa recomendada al instante.
Worked Examples (Ksupport = 3, Kvibración = 1.0)
| Máquina | Masa del rotor | RPM | Radio | Trial weight (Ksupp = 3, Kvib = 1) |
|---|---|---|---|---|
| Rotor triturador | 120 kilos | 2,200 | 30 centímetros | 360.000 / (30 × 484) ≈ 25 gramos |
| Ventilador industrial | 80 kilos | 1,450 | 40 centímetros | 240.000 / (40 × 210,25) ≈ 29 gramos |
| Tambor de centrífuga | 45 kilos | 3,000 | 15 centímetros | 135.000 / (15 × 900) = 10 gramos |
| Eje de trituradora | 250 kilos | 900 | 25 centímetros | 750.000 / (25 × 81) ≈ 370 gramos |
Values shown assume Ksupport = 3 (standard bearing pedestals) and Kvibración = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.
Medición del ángulo de corrección
El instrumento de equilibrio emite dos números por plano: masa (cuánto peso) y ángulo (dónde colocarlo). El ángulo siempre se refiere a la posición del peso de prueba.
Cómo medir el ángulo
- Punto de referencia (0°): La posición angular donde colocó el peso de prueba. Márquela claramente en el rotor antes de la prueba.
- Dirección de medición: siempre en la dirección de rotación del rotor.
- Lectura del ángulo: the result window shows the Correction mass y Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
- Si se elimina masa: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.
División del peso en posiciones fijas
When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Posiciones libres, Posiciones fijas, Ranura circular, y Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.
Planos de corrección y colocación del sensor
El plano de corrección es la posición axial del rotor donde se añade o se retira masa. El sensor mide la vibración en el rodamiento más cercano. Algunas reglas clave:
- El sensor va en la carcasa del cojinete. — lo más cerca posible de la línea central del rodamiento, en dirección radial (preferiblemente horizontal).
- El plano 1 corresponde al sensor 1, El plano 2 al sensor 2. Mantenga la numeración consistente o el software intercambiará los planos de corrección.
- Maximizar la separación de planos: Cuanto más separados estén los dos planos de corrección, mejor será la resolución del par. La separación práctica mínima es de ⅓ de la distancia entre apoyos.
- Elija posiciones accesibles: El plano de corrección debe ser una ubicación donde se puedan colocar pesos físicamente: un borde de brida, un círculo de pernos, una llanta o una superficie de soldadura.
En la foto superior, se muestra un rotor de trituradora preparado para el balanceo en dos planos. Los marcadores azules 1 y 2 indican la posición de los sensores en las carcasas de los cojinetes. Los marcadores rojos 1 y 2 muestran los planos de corrección; en este caso, los extremos con brida del cuerpo del rotor donde se soldarán los contrapesos.
Rotor voladizo
Los rotores en voladizo (impulsores de ventiladores, volantes montados fuera del vano de cojinetes, impulsores de bombas) requieren una disposición de sensor y plano diferente. Ambos planos de corrección se encuentran en el mismo lado de los cojinetes, y la ubicación del sensor debe tener en cuenta que la masa en voladizo amplifica el desequilibrio de par.
Aplicaciones por tipo de máquina
Métodos de fijación de peso
| Método | Adjunto | Mejor para | Límites |
|---|---|---|---|
| Soldadura | Arandelas o placas de acero soldadas al borde del rotor | Picadoras, trituradoras, rotores industriales pesados | Permanente. No se puede usar en aluminio ni acero inoxidable sin una varilla especial. |
| Pernos y tuercas | Se fija a través de orificios pretaladrados con contratuercas. | Impulsores de ventiladores, volantes, bridas de acoplamiento | Requiere agujeros existentes o nuevas perforaciones |
| Abrazaderas de manguera | Abrazadera de manguera de acero inoxidable con peso intercalado | Ejes, rodillos, rotores cilíndricos en el campo | Temporal o semipermanente. Verificar el par de apriete. |
| Abrazadera de clip con tornillo prisionero | Pesas prefabricadas con clip (como pesas para neumáticos) | Aspas de ventilador, llantas delgadas, rotores ligeros | Rango de masa limitado. Puede resbalar a altas RPM. |
| Adhesivo (epoxi) | Peso pegado a la superficie | Rotores de precisión, entornos limpios | Requiere una superficie limpia y seca. Límite de temperatura: ~120 °C. |
| Retirada de material | Perforar o esmerilar material del lado pesado | Turbocompresores, husillos de alta velocidad, impulsores | Permanente y preciso, pero irreversible. Usarlo cuando no es seguro añadir peso. |
Errores comunes en el equilibrado en campo
| # | Error | Consecuencia | Arreglar |
|---|---|---|---|
| 1 | Sensor montado en una protección o cubierta | La resonancia de la cubierta distorsiona las lecturas de amplitud y fase → corrección incorrecta | Monte siempre sobre la superficie metálica de la carcasa del cojinete. |
| 2 | El peso de prueba es demasiado ligero | El cambio de fase y amplitud está dentro del ruido → los coeficientes de influencia no son fiables | Asegúrese de obtener al menos un cambio de amplitud del 20-30% o un desplazamiento de fase de 20-30 grados en al menos un sensor |
| 3 | Variación de velocidad entre pasadas | La vibración a 1× cambia con las RPM²; incluso un cambio de velocidad de 5% corrompe los datos | Utilice un tacómetro para controlar con precisión las RPM. Espere a que la velocidad se estabilice. |
| 4 | Leaving the trial weight on without telling the software | Correction calculation is skewed by the unaccounted trial weight → result is meaningless | Remove the trial weight before installing correction weights — or tick Leave on rotor in the Trial weight group so the software accounts for it |
| 5 | Confusión entre el Plano 1 y el Plano 2 | Los pesos de corrección van en los planos incorrectos → la vibración aumenta | Etiquete claramente los sensores y planos. Sensor 1 → Plano 1, Sensor 2 → Plano 2 |
| 6 | Medición del ángulo opuesto a la rotación | Correction goes 360° − f instead of f → the weight lands mirrored about the reference mark — up to 180° away from the correct position | Confirme el sentido de giro antes de empezar. Mida siempre en el sentido de giro. |
| 7 | Crecimiento térmico durante las pasadas | Cambios en la holgura de los cojinetes entre arranques en frío → mediciones de deriva | Calentar hasta el estado estable antes de la pasada 0 o completar todas las pasadas rápidamente (con una diferencia de <5 minutos) |
| 8 | Uso de un solo plano en un rotor largo | El desequilibrio de par permanece sin corregir → la vibración puede incluso aumentar en el cojinete más alejado | Utilice equilibrado en dos planos para cualquier rotor en el que L/D >= 0.5, la separación entre planos sea significativa o la corrección en un solo plano afecte al rodamiento alejado |
Informe de campo: Equilibrado del rotor de la trituradora
Máquina: Trituradora de mayales Maschio Bisonte 280, rotor de 165 kg, velocidad de la toma de fuerza de 2100 RPM. El cliente reportó vibraciones severas tras reemplazar 8 mayales.
Configuración: Dos acelerómetros en los cojinetes y un tacómetro láser en el eje de la toma de fuerza. Balanset-1A, modo biplano.
Ejecución 0: Sensor 1 = 12,4 mm/s a 47°, Sensor 2 = 8,9 mm/s a 213°. ISO 10816-3 zona D (peligro).
Pruebas de funcionamiento: Se utilizó una masa de prueba de 500 g en ambos planos. Respuesta clara: cambio de amplitud >60% en ambos sensores.
Trial mass note: with Ksupport = 3 and Kvibración = 1 the trial weight formula suggests only ≈ 37 g for this rotor — the formula result is a minimum, and higher Ksupport/Kvibración factors call for heavier weights. The 500 g weight used on this job was well above that minimum; the >60% amplitude response confirmed a valid trial, which is the criterion that actually matters.
Corrección: Plano 1: 340 g soldado a 128°. Plano 2: 215 g soldado a 276°.
Verificación: Sensor 1 = 0,8 mm/s, Sensor 2 = 0,6 mm/s. Zona ISO A (buena). No se requiere ajuste.
Equilibrado dinámico en dos planos de un ventilador
Los ventiladores industriales (centrífugos, axiales y de flujo mixto) se encuentran entre los rotores más comunes que se balancean en el campo. El siguiente procedimiento describe un trabajo real de dos planos en un ventilador radial utilizando el Balanset-1A.
Determinación de planos e instalación de sensores
Limpie la suciedad y el aceite de las superficies donde se instalarán los sensores. Los sensores deben ajustarse perfectamente a la superficie metálica de la carcasa del cojinete; nunca los monte sobre tapas, protectores ni paneles de chapa metálica sin soporte.
- Sensor 1 (rojo): Instalar más cerca de la parte delantera del ventilador (lado del Plano 1).
- Sensor 2 (verde): Instalar más cerca de la parte trasera del ventilador (lado del Plano 2).
- Plano 1 (zona roja): Plano de corrección en el disco impulsor, más cerca del frente.
- Plano 2 (zona verde): Plano de corrección más cercano a la placa posterior o al cubo.
Conecte ambos sensores de vibración y el tacómetro láser al Balanset‑1A. Coloque cinta reflectante en el eje o buje como referencia de RPM.
Proceso de equilibrado
Arranque el ventilador y tome las mediciones iniciales de vibración (Pasada 0). Instale un peso de prueba de masa conocida en el Plano 1 en un punto arbitrario, haga funcionar el ventilador y registre el cambio de vibración (Pasada 1). Mueva el peso de prueba al Plano 2 en un punto arbitrario, vuelva a hacer funcionar el ventilador y registre el cambio (Pasada 2). El software Balanset‑1A utiliza las tres mediciones para calcular la masa y el ángulo de corrección para cada plano.
Medición de ángulos para pesos de corrección del ventilador
El ángulo se mide desde la posición del peso de prueba en la dirección de rotación del ventilador, exactamente como se describe en la Medición del ángulo de corrección sección anterior. Marque dónde se colocó el peso de prueba (referencia 0°) y luego cuente el ángulo indicado a lo largo de la dirección de rotación para encontrar la posición del peso de corrección.
Con base en los ángulos y masas calculados por el software, instale los pesos de corrección en el Plano 1 y el Plano 2. Haga funcionar el ventilador una vez más y verifique que la vibración haya bajado a un nivel aceptable por ISO 21940‑11 (normalmente G 6.3 para ventiladores de uso general). Si la vibración residual sigue siendo superior al objetivo, realice una pasada de ajuste.
Preguntas frecuentes
Equipos para balanceo de campo
Balanset-1A es un instrumento portátil de dos canales que gestiona el balanceo dinámico en un solo plano y en dos planos, además del análisis de vibraciones (velocidad general, espectros, forma de onda). Se entrega como un kit completo:
- 2 sensores de vibración MEMS (acelerómetros basados en ADXL335) con soportes magnéticos
- Tacómetro láser (sensor de RPM sin contacto) con cinta reflectante
- Unidad de medida USB (se conecta a cualquier computadora portátil con Windows)
- Software: asistente de equilibrado, medidor de vibraciones, analizador de espectro
- Estuche de transporte con todos los cables y accesorios.
RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.
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