Comprensión de las clasificaciones de grados de equilibrio
A grado de equilibrio — también conocido como grado de calidad de equilibrio o Grado G — es una clasificación normalizada que especifica el grado de equilibrado que debe tener un tipo concreto de máquina rotativa. Se define principalmente por ISO 21940-11 (la norma que sustituye a la ISO 1940-1), el sistema de clasificación clasifica los equipos según sus características de funcionamiento y asigna a cada categoría una tolerancia de equilibrio. Su gran ventaja es que ofrece a los fabricantes, a los técnicos de mantenimiento y a los usuarios finales un lenguaje único y reconocido internacionalmente para especificar y verificar el rotor calidad del equilibrio, por lo que una «bomba G6.3» significa lo mismo en todos los talleres del mundo.
1. El sistema de calificación G
Los grados de equilibrio se expresan mediante la letra «G» seguida de un número: G2,5, G6,3, G16, etc. El número corresponde al producto de la deformación residual admisible desequilibrar la excentricidad (en milímetros) y la velocidad angular máxima de servicio (en radianes por segundo). Dicho de forma más sencilla, se trata de la velocidad de vibración de desequilibrio admisible expresada en mm/s — la velocidad orbital del centro de masa del rotor. Esa única cifra resume perfectamente los aspectos físicos que importan: una pendiente mantiene el giro fuerza centrífuga dentro de los límites que la máquina puede soportar.
El principio fundamental
Unos valores G más bajos implican requisitos más estrictos: un desequilibrio residual admisible menor y un funcionamiento más suave. Unos valores G más altos permiten un mayor desequilibrio residual. El sistema reconoce deliberadamente que las diferentes máquinas tienen necesidades muy distintas en función de su velocidad, masa, aplicación y entorno operativo; no existe un único valor «correcto», sino solo el valor adecuado para cada aplicación.
2. Grados comunes y sus aplicaciones
La norma ISO 21940-11 define grados que van desde el G0.4 (la mayor precisión) hasta el G4000 (la menor). Los grados con los que se encuentran habitualmente la mayoría de los ingenieros son los siguientes:
G0.4 — Precisión ultraalta
Aplicaciones: husillos de rectificadoras, giroscopios, equipos de medición de precisión.
Character: requiere equipos de equilibrado especializados y un entorno controlado, y normalmente se lleva a cabo en un taller de precisión especializado equilibrando shop.
G1.0 — Alta precisión
Aplicaciones: husillos de máquinas herramienta de alta precisión, turbocompresores, centrifugadoras de alta velocidad, unidades de disco para ordenadores.
Character: requiere un control minucioso de todos los parámetros de equilibrio y una instrumentación de alta calidad.
G2.5 — Industria de precisión
Aplicaciones: turbinas de gas y de vapor, rotores rígidos de turbogeneradores, compresores, accionamientos para máquinas-herramienta, motores eléctricos de tamaño mediano y grande con requisitos especiales, y separadores centrífugos.
Character: el referente en materia de equipos industriales de alta calidad y alta velocidad, y fácilmente alcanzable con una sólida balance de campo practice.
G6.3 — Uso industrial general (el grado más común)
Aplicaciones: motores eléctricos de uso general, maquinaria para la industria de procesos, bombas centrífugas, ventiladores y sopladores, reductores, rotores para maquinaria en general y compresores de velocidad media.
Character: el nivel básico para la mayoría de la maquinaria industrial, que ofrece un buen equilibrio entre viabilidad y rendimiento, y que se puede alcanzar fácilmente con equipos de equilibrado portátiles.
G16 — Industria pesada
Aplicaciones: ejes de transmisión (ejes de hélice y cardán), motores diésel multicilíndricos de seis o más cilindros, trituradoras, maquinaria agrícola y componentes individuales de motores.
Character: adecuado para equipos robustos y de baja velocidad que soportan mejor las vibraciones.
G40 y superiores — Uso industrial muy intensivo
Aplicaciones: motores diésel de cuatro cilindros (G40), maquinaria de baja velocidad montada de forma rígida y equipos de gran tamaño y giro lento.
Character: se aplica a máquinas enormes y lentas en las que el equilibrio de precisión no resulta ni económico ni técnicamente necesario.
3. Cómo elegir el grado adecuado
La elección de un tipo de papel depende de la combinación de varios factores:
- Tipo y diseño del equipo: Las tablas de la norma ISO 21940-11 establecen la correspondencia entre los tipos de máquinas y los grados recomendados, y constituyen el punto de partida lógico.
- Velocidad de funcionamiento: Las máquinas más rápidas suelen necesitar una pendiente más pronunciada, ya que la fuerza centrífuga aumenta con el cuadrado de la velocidad.
- Mounting type: Los equipos instalados sobre cimientos flexibles o soportes de aislamiento suelen soportar un valor G más alto que los equipos montados de forma rígida.
- Cercanía a las personas: La presencia de maquinaria en espacios ocupados puede justificar la aplicación de normas más estrictas en materia de ruido y seguridad.
- Requisitos especiales: Las aplicaciones médicas, de fabricación de precisión y aeroespaciales suelen exigir un equilibrio más preciso que el habitual en la práctica industrial.
- Economics: Cada paso hacia una clase de calidad más estricta implica un mayor coste, por lo que la clase elegida debe ajustarse a las necesidades operativas sin excederse en las especificaciones.
4. De la pendiente al desequilibrio admisible
La pendiente es el dato de partida para el cálculo de la carga máxima admisible desequilibrio residual para un rotor específico:
Túpor (g-mm) = (9549 × G × M) / RPM
- Túpor = desequilibrio residual admisible, en gramos-milímetros
- GRAMO = el número de curso (p. ej., 6.3 para 6.º de Primaria)
- M = masa del rotor, en kilogramos
- RPM = velocidad de servicio, en revoluciones por minuto
Worked Example
Tomemos como ejemplo un rotor de ventilador de 100 kg que gira a 1500 rpm, con una especificación de G6.3:
Túpor = (9549 × 6.3 × 100) / 1500 ≈ 401 g·mm
If the plano de corrección el radio es de 200 mm, por lo que 401 g·mm equivalen a unos 2,0 gramos de desequilibrio residual admisible para ese radio. El Calculadora de desequilibrio residual (ISO 21940-11) realiza esta conversión al instante y, a continuación, divide el total entre dos planos por ti.
5. Máquinas de velocidad variable y de varias velocidades
Cuando una máquina funciona a diferentes velocidades, la inclinación se aplica con cuidado:
- Funcionamiento a velocidad constante: aplicar la pendiente a la velocidad normal de funcionamiento.
- Variable speed: aplicar la pendiente a la velocidad máxima de funcionamiento continuo, donde las fuerzas centrífugas son mayores.
- Superación de velocidades críticas: para rotores flexibles, saldo al velocidades críticas puede que requiera una atención especial, lo que podría implicar equilibrio modal en ISO 21940-12.
6. Verificación y aceptación
Once equilibrando Una vez finalizado, hay que comprobar que la calidad obtenida se ajusta al nivel especificado. Hay dos formas de hacerlo:
- Medición directa del desequilibrio: En una máquina equilibradora, el desequilibrio residual se lee directamente y se compara con Upor.
- Medición de vibraciones: En el equilibrado en campo, la amplitud de vibración de 1× sirve como indicador indirecto de la calidad del equilibrado.
El rotor se da por bueno cuando el desequilibrio residual medido es igual o inferior al valor U calculadopor, o cuando la vibración en servicio alcanza el nivel de intensidad aplicable —hoy en día, el ISO 20816 serie (que sustituyó a la norma ISO 10816). En una máquina instalada, esta verificación se realiza in situ: un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A mide el 1× amplitud y fase en los propios cojinetes de la máquina a velocidad de funcionamiento, calcula el coeficientes de influencia, aplica la corrección y comprueba que el residuo se encuentra dentro del grado seleccionado, sin necesidad de desmontar el rotor.
7. De la norma ISO 1940 a la norma ISO 21940
El sistema de clasificación G se estableció por primera vez en la norma ISO 1940-1, publicada originalmente en 1986. En 2016, la serie ISO 1940 se revisó y renumeró como la serie ISO 21940, sustituyendo la norma ISO 1940-1 por la ISO 21940-11. Los principios fundamentales y los valores de grado se mantuvieron prácticamente sin cambios, por lo que las especificaciones anteriores siguen siendo válidas, pero la norma moderna añade:
- Actualización de las clasificaciones de equipos.
- Una orientación más clara sobre la elección de asignaturas.
- Una mejor integración con el conjunto más amplio de normas sobre dinámica de rotores.
- Procedimientos mejorados para rotores flexibles.
8. Ideas erróneas comunes
«Cuanto más ajustado, mejor»
Realidad: Especificar un grado de equilibrado superior al necesario aumenta los costes sin aportar un beneficio proporcional. Una máquina equilibrada con un grado G2.5 no tendrá necesariamente un rendimiento superior al de la misma máquina con un grado G6.3, siempre que este último sea el grado adecuado para la aplicación.
«El grado equivale al nivel de vibración»
Realidad: El número G representa la excentricidad de desequilibrio admisible, no la amplitud de la vibración. El valor real vibración El rendimiento que ofrece una máquina depende de muchos factores más allá del equilibrio: rigidez, amortiguación, resonancia, desalineación y la falta de disciplina entre ellos.
«Un solo tipo de hormigón para toda la planta»
Realidad: Los distintos tipos de máquinas requieren grados diferentes, incluso dentro de una misma planta. Una rectificadora de precisión y una trituradora tienen requisitos de equilibrado muy distintos y nunca deberían compartir una misma especificación general.
9. Documentación y especificaciones
Al encargar trabajos de equilibrado, las especificaciones deben indicar claramente:
- El grado y la norma exigidos; por ejemplo, «Equilibrio según G6.3 de la norma ISO 21940-11».
- La velocidad de servicio que se utilizará para el cálculo de la tolerancia.
- El número de planos de corrección necesarios.
- El método de verificación: máquina de equilibrado en taller o medición de vibraciones in situ.
Una especificación clara y completa de este tipo elimina cualquier ambigüedad y proporciona tanto al equilibrador como al cliente un registro fehaciente de lo que se solicitó y lo que se logró.
