Comprensión de la tolerancia de balanceo
Tolerancia de equilibrado es la cantidad máxima permitida de desequilibrio residual que puedan quedar en un rotor once equilibrando está completa. Se trata del criterio de aceptación: el valor que determina si un rotor está lo suficientemente equilibrado para el uso previsto. La tolerancia se expresa bien como una masa de desequilibrio en un radio determinado (en gramos-milímetros u onzas-pulgadas), bien como un vibración amplitud (en mm/s o milésimas de pulgada). Estos límites vienen establecidos por normas internacionales, principalmente la ISO 21940 serie — que asigna grados de calidad de equilibrado en función del tipo de rotor, la velocidad de funcionamiento y la aplicación, lo que garantiza resultados uniformes, seguros y repetibles en todos los sectores.
1. Por qué es importante la tolerancia de equilibrado
Establecer la tolerancia adecuada no es una simple formalidad; de ello dependen varios aspectos prácticos:
- Seguridad: Un desequilibrio residual excesivo puede provocar la avería de una máquina, poniendo en peligro al personal y a los equipos cercanos.
- Durabilidad del equipo: Mantenerse dentro de los límites de tolerancia minimiza las vibraciones provocadas por desgaste en los rodamientos, las juntas y la estructura, lo que prolonga su vida útil.
- Control de calidad: Una tolerancia definida establece un criterio objetivo de «aprobado/suspenso» para el trabajo de equilibrado, de modo que la calidad no depende de opiniones subjetivas.
- Balance económico: La tolerancia es un compromiso deliberado entre el coste inasumible de un equilibrio perfecto y un rendimiento aceptable: intentar alcanzar un desequilibrio nulo no tiene sentido.
- Cumplimiento de normas: El cumplimiento de una tolerancia reconocida demuestra la conformidad con las mejores prácticas y puede ser exigido por la normativa o la garantía.
2. ISO 21940-11: La norma principal
ISO 21940-11 — el sucesor moderno del ya conocido ISO 1940-1 — es la norma reconocida internacionalmente que establece los requisitos de calidad de equilibrado de los rotores rígidos. Define una escala de grados de calidad de equilibrado expresada como Grados G, donde «G» representa el grado y el número es la excentricidad de desequilibrio específica admisible, expresada como velocidad orbital en milímetros por segundo.
Grados de calidad de equilibrado habituales
La norma abarca grados que van desde el G 0,4 (la mayor precisión) hasta el G 4000 (el más grueso). Entre los grados más utilizados se incluyen:
- G 0.4: husillos para rectificadoras de precisión y giroscopios: la máxima precisión.
- G 1.0: husillos para máquinas-herramienta de alta precisión y turbocompresores.
- G 2.5: turbinas de gas y de vapor, rotores rígidos de turbogeneradores, compresores y accionamientos de máquinas-herramienta.
- G 6.3: la mayoría de la maquinaria general: rotores de motores eléctricos bipolares, centrifugadoras, ventiladores y bombas.
- G 16: Maquinaria agrícola, trituradoras, motores diésel multicilíndricos
- G 40: Equipos de funcionamiento lento, motores diésel de cuatro cilindros montados rígidamente
Un valor G más bajo implica una tolerancia más estricta y un desequilibrio admisible menor; un valor G más alto permite un mayor desequilibrio. Es fundamental tener en cuenta que la masa admisible también depende de la velocidad: para un grado y un rotor determinados, el desequilibrio admisible disminuye a medida que aumenta la velocidad de funcionamiento, por lo que un rotor rápido debe equilibrarse con mucha mayor precisión que uno lento de igual masa.
3. Cálculo de la tolerancia de equilibrado
El desequilibrio residual admisible depende de tres factores: la masa del rotor, su velocidad de funcionamiento y el grado de calidad de equilibrado elegido.
Fórmula para el desequilibrio residual admisible
Túpor = (G × M) / (ω / 1000)
donde:
- Túpor = desequilibrio residual admisible (gramos-milímetros, g·mm)
- G = grado de calidad del equilibrio (p. ej., 6,3 para G 6,3)
- M = masa del rotor (kilogramos)
- ω = velocidad angular (radianes por segundo) = (2π × RPM) / 60
Fórmula simplificada utilizando las revoluciones por minuto
Para el uso diario, la relación se reduce a:
Túpor (g-mm) = (9549 × G × M) / RPM
donde M es la masa del rotor en kilogramos, RPM es la velocidad de funcionamiento y G es el número de grado.
Ejemplo resuelto
Consideremos un rotor de motor con:
- Masa: 50 kg
- Velocidad de funcionamiento: 3000 RPM
- Calidad de equilibrado requerida: G 6.3
Túpor = (9549 × 6.3 × 50) / 3000 ≈ 1003 g·mm.
Así, el desequilibrio residual máximo admisible para este rotor es de aproximadamente 1000 g·mm. Si el radio del plano de corrección es de 100 mm, eso equivale a unos 10 gramos de desequilibrio residual a ese radio. Para calcular estas cifras para cualquier tipo de máquina, masa y velocidad — y repartir el resultado entre planos — utilice la herramienta gratuita Calculadora de desequilibrio residual (ISO 21940-11), que también le permite verificar la conversión de g·mm a un fuerza centrífuga si lo necesita.
4. Tolerancias en un solo plano frente a tolerancias en dos planos
La tolerancia calculada se aplica al desequilibrio total en un plano para equilibrado de un solo plano. Para equilibrado de dos planos (dinámico), la norma ISO 21940-11 establece las reglas para distribuir la tolerancia total entre los dos planos de corrección, distribuyéndola generalmente en función de la distancia entre los planos y la geometría del rotor, de modo que no se produzca una corrección excesiva en ninguno de los planos.
5. Tolerancia basada en la vibración
Aunque la norma ISO 21940-11 establece límites para la masa de desequilibrio, en el equilibrado en campo se suele utilizar la amplitud de vibración como criterio de aceptación, ya que es la amplitud lo que el instrumento mide directamente en la máquina montada.
La serie ISO 20816
En ISO 20816 normas (que sustituyen actualmente a la norma ISO 10816 y a la anterior ISO 2372) establecen los valores aceptables intensidad de la vibración límites para diversas clases de máquinas basados en la velocidad RMS. Los resultados se presentan por zonas de evaluación:
- Zona A: máquinas recién puestas en servicio — con un nivel de vibraciones muy bajo.
- Zona B: apto para un funcionamiento prolongado sin restricciones.
- Zona C: solo es aceptable durante períodos limitados; se deben planificar medidas correctivas.
- Zona D: inaceptable: se requieren medidas correctivas inmediatas.
Criterios prácticos de campo
Los técnicos con experiencia también se basan en algunas reglas generales:
- La vibración se ha reducido a menos del 25 % del nivel inicial = un equilibrado satisfactorio.
- Vibración absoluta por debajo de 2,8 mm/s (0,11 pulg./s) = generalmente aceptable para la mayoría de los equipos industriales
- Vibración residual inferior a 1,0 mm/s (0,04 pulgadas/s) = equilibrio excelente.
6. Factores que influyen en la tolerancia alcanzable
Que se pueda cumplir realmente una tolerancia depende de varios factores prácticos.
Capacidades del equipo
- La precisión de medición del instrumento de equilibrado.
- En sensibilidad de los sensores de vibración.
- La precisión con la que se pueden colocar los pesos de corrección.
Características del rotor y de la máquina
- Estado mecánico — holgura, el desgaste de los cojinetes o los problemas en los cimientos pueden hacer que sea imposible cumplir con tolerancias estrictas.
- Operar en o cerca de un velocidad crítica hace que el equilibrado preciso resulte mucho más difícil.
- No linealidad en la respuesta del sistema.
Limitaciones prácticas
- Accesibilidad de los planos de corrección.
- Incrementos de peso disponibles: el material solo se puede añadir en cantidades discretas.
- Resolución angular de orificios de montaje o puntos de fijación
7. Tolerancia frente a capacidad de equilibrio
Hay tres conceptos relacionados que conviene diferenciar:
- Tolerancia especificada: el desequilibrio residual máximo permitido establecido por una norma o un contrato.
- Equilibrio alcanzable: el nivel realmente alcanzable, teniendo en cuenta el equipo y las limitaciones disponibles — regido por sensibilidad de equilibrado.
- Balance económico: el punto a partir del cual seguir mejorando ya no resulta rentable.
En la mayoría de los trabajos de campo industriales, alcanzar un nivel de desequilibrio entre dos y tres veces mejor que la tolerancia exigida supone un resultado excelente y deja margen para la incertidumbre de medición y la deriva operativa. En una máquina montada, esta verificación se lleva a cabo in situ, utilizando un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide el 1× amplitud y fase antes y después de la corrección, y confirma que el desequilibrio residual se encuentra dentro del grado establecido por la norma ISO 21940-11, en los propios cojinetes del rotor a velocidad de funcionamiento.
8. Documentación y aceptación
Un registro completo de las tolerancias de equilibrado debe incluir los valores especificados Grado G o valor de tolerancia; el desequilibrio residual admisible calculado (Upor); el desequilibrio residual medido tras el equilibrado; una comparación explícita que demuestre el cumplimiento (valor medido ≤ valor permitido); y una firma o anotación de aceptación. Esto proporciona una prueba objetiva de que el trabajo cumple con las especificaciones y constituye una referencia para futuras evaluaciones de mantenimiento.
9. Cuándo utilizar tolerancias más estrictas o más holgadas
Las tolerancias más estrictas están justificadas cuando cuando la máquina funciona a alta velocidad (algo fundamental para la seguridad y la vida útil de los rodamientos), cuando se trata de equipos de precisión que exigen un nivel mínimo de vibraciones, cuando las estructuras ligeras o flexibles son sensibles a las vibraciones, o cuando el equipo se encuentra cerca de procesos o instrumentos sensibles a las vibraciones.
Se aceptan tolerancias más holgadas cuando el equipo es de baja velocidad y uso intensivo, de construcción robusta y con una alta resistencia a las vibraciones, y se utiliza solo durante breves periodos de tiempo o con poca frecuencia, o cuando las consideraciones económicas prevalecen claramente sobre las mejoras incrementales en el rendimiento.
