Equilibrado del rotor — Procedimientos, Tipos y estándares
La guía completa para equilibrar maquinaria rotatoria: estático vs. dinámico (monoplano y biplano), el método del coeficiente de influencia, tolerancias ISO 21940, equilibrado en campo y técnicas de corrección.
Equilibrado estático vs. dinámico
Los dos tipos fundamentales de equilibrio, determinados por la geometría del rotor y el tipo de desequilibrio presente
| Criterio | Un solo plano | Dos planos |
|---|---|---|
| Tipo de desequilibrio corregido | Solo estático | Estático + par (dinámico) |
| Geometría del rotor | L/D < 0,5 (similar a un disco) | L/D > 0,5 (alargado) |
| Número de mediciones | 2 (inicial + prueba) | 3–4 (inicial + 2 ensayos, o acoplamiento cruzado) |
| Se requieren sensores | 1 acelerómetro + tacómetro | 2 acelerómetros + tacómetro |
| Patrón de vibración del cojinete | En fase a 1× | La fase varía (no está en fase, no 180°) |
| Rotores típicos | Impulsores de ventiladores, poleas, muelas abrasivas | Motores, bombas, rodillos, turbinas, ejes |
| Recomendación de plano ISO | Rotores estrechos según ISO 1940-1 §4.3 | Estándar para todos los rotores alargados |
| Modo Balanset-1A | F2 | F3 |
El procedimiento de equilibrado
Método del coeficiente de influencia (peso de prueba) — el enfoque estándar para el equilibrado en campo y en taller
¿Por qué equilibrar? — Los beneficios
El desequilibrio es la principal causa de vibración en maquinaria rotatoria. La corrección proporciona resultados mensurables.
¿Qué es el equilibrado del rotor?
Equilibrado del rotor Es el proceso de mejorar la distribución de masa de un cuerpo giratorio para que su centro de masas coincida con el eje geométrico de rotación. Esto minimiza las fuerzas centrífugas, reduciendo la vibración, cojinete cargas, ruido y consumo energético. La corrección se realiza añadiendo o quitando peso en puntos y ángulos específicos, basándose en mediciones de vibración y análisis de fase. El criterio de aceptación se define por ISO 1940-1 (ISO 21940-11) Grados G. Los dos tipos son estático (un solo plano) para rotores tipo disco y dinámico (dos planos) para rotores alargados.
Desequilibrio Es la fuente más común de vibración en maquinaria rotatoria. Cuando la distribución de masa es imperfecta —debido a tolerancias de fabricación, falta de homogeneidad del material, corrosión, acumulación de depósitos o daños— se generan fuerzas centrífugas que aumentan con el cuadrado de la velocidad. Un pequeño desequilibrio a baja velocidad puede resultar destructivo a alta velocidad.
El equilibrado aborda este problema midiendo iterativamente la respuesta a la vibración y ajustando la distribución de masa hasta que el desequilibrio residual desequilibrio Está dentro de la tolerancia. Es tanto un proceso de fabricación (en máquinas equilibradoras de taller) como un proceso de mantenimiento (equilibrado en campo en equipos instalados).
El método del coeficiente de influencia
El equilibrado moderno, tanto en máquinas especializadas como en el campo, utiliza método del coeficiente de influencia (peso de prueba). El principio físico: si sabemos cómo una masa conocida en una posición conocida cambia la vibración, podemos calcular la masa y la posición necesarias para cancelar el desequilibrio original.
Para el equilibrado en dos planos, el sistema se convierte en una matriz 2×2 (cuatro coeficientes de influencia que representan el acoplamiento cruzado entre planos), pero el principio es idéntico. Balanset-1A resuelve esto automáticamente: el operador simplemente hace funcionar la máquina y coloca pesos de prueba.
Selección de peso de prueba
El peso de prueba debería producir un cambio notable en la vibración (idealmente, entre el 10 y el 30 % del nivel inicial) sin crear cargas peligrosas. Una estimación inicial útil:
Cuándo equilibrar: Firma de vibración
¿Cómo se sabe que la vibración es causada por un desequilibrio en lugar de... desalineación, holgura, o defectos de los cojinetes?
Frecuencia: Pico dominante exactamente a 1× RPM (velocidad de funcionamiento) en el FFT espectro.
Dirección: Principalmente radial (horizontal y vertical). El componente axial es pequeño.
Fase: Ángulo de fase estable y repetible de 1×. La fase no se desvía con el tiempo.
Dependencia de la velocidad: La amplitud aumenta con el cuadrado de la velocidad (proporcional a ω²).
Contraste con desalineación: La desalineación produce componentes 2× y/o axiales 1× significativos. Los defectos en los rodamientos producen frecuencias no sincronizadas.
Antes de equilibrar, verifique siempre el diagnóstico. Balanset-1A El analizador de espectro (modo F1) muestra el espectro completo FFT espectro, lo que permite confirmar que 1× domina antes de proceder al equilibrio.
Métodos de corrección
Añadiendo masa
- Pesas con clip: Pesas de zinc o acero con resorte. Comunes para ventiladores y ruedas. Instalación rápida y temporal.
- Pesos atornillables: Pesas de precisión fijadas con pernos en orificios roscados o ranuras en T. Estándar para rotores y turbinas grandes.
- Pesos para soldar: Placas o varillas de acero soldadas por puntos al rotor. Permanente. Común en ventiladores industriales pesados y rotores de trituradoras.
- Epoxi/masilla: Adhesivo bicomponente con relleno metálico. Ideal para superficies irregulares. Limitado a temperaturas moderadas.
- Tornillos de fijación: Roscado en orificios radiales. Común en bujes y husillos de acoplamiento. Ajustable.
Eliminación de masa
- Perforación: Retirada de material del punto pesado. Control preciso de la masa eliminada (masa = densidad × volumen). Irreversible.
- Fresado/molienda: Retirar material de la llanta o la cara. Común en ruedas de turbina y rotores de freno.
División de peso
Cuando el ángulo calculado exacto cae entre posiciones accesibles (por ejemplo, entre los orificios de los pernos en un acoplamiento), la corrección se divide entre las dos posiciones adyacentes mediante la descomposición vectorial. Balanset-1A Incluye una calculadora automática de división de peso.
Equilibrado de campo (in situ)
El balanceo de campo significa equilibrar un rotor Sin sacarlo de la máquina. Esto elimina el tiempo de inactividad por desmontaje y tiene en cuenta las condiciones operativas reales (alineación, precarga del cojinete, efectos de la base) que el equilibrado en el taller no puede replicar.
En Balanset-1A es un sistema completo de balanceo de campo portátil: analizador de vibraciones de 2 canales, tacómetro láser, ISO 1940 Calculadora de tolerancias, modos de equilibrado de un solo plano (F2) y dos planos (F3), división automática del peso y generación de informes de equilibrado formal (F6). Precisión de medición: ±5% de velocidad, ±1° de fase. Compatible con G 16 a G 2.5.
En Balanset-4 Se extiende a 4 canales para rotores multicojinete complejos o monitorización simultánea de múltiples máquinas.
Ventajas del equilibrado de campo
- Sin desmontaje: Ahorra horas o días de inactividad para máquinas grandes.
- Condiciones reales de funcionamiento: Incluye alineación, precarga del cojinete, estado térmico y efectos de cimentación.
- Equilibrado de ajuste: Corrige el desequilibrio introducido durante el montaje que el equilibrado en el taller no puede solucionar.
- Verificación post-mantenimiento: Comprobación rápida después del reemplazo del impulsor, cambio de acoplamiento o revisión del cojinete.
Normas y tolerancias
El equilibrado no es "lo mejor posible", sino "dentro de la tolerancia". La tolerancia se define según normas internacionales:
| Estándar | Asunto | Contenido clave |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | Grados de calidad de equilibrado (grados G) | Escala G 0,4–G 4000. Fórmula: Upor = (9 549×G×M)/n. G 6,3 = estándar para ventiladores, bombas, motores. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | Vocabulario | Definiciones: tipos de desequilibrio, clasificaciones de rotores, tipos de máquinas, términos de calidad. |
| ISO 14694 | Ventiladores industriales | Categorías BV de aplicación de ventiladores, grados de equilibrado y guía de límites de vibración específicos para ventiladores industriales. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | Evaluación de vibraciones de máquinas | Mide el nivel operacional resultado de calidad del equilibrio. Clasificación zona A/B/C/D. |
| ISO 21940-12 | Rotores flexibles | Procedimientos de múltiples velocidades y múltiples planos para rotores por encima de la primera velocidad crítica de flexión. |
| ISO 21940-14 | Procedimientos de equilibrado | Procedimientos generales para el equilibrado en varios planos. |
| API 610 / API 617 | Bombas/compresores de petróleo | Referencia ISO 1940 grados G para requisitos de equilibrado del rotor. |
Ejemplos resueltos
Máquina: Ventilador centrífugo de impulsión de 22 kW, 1460 RPM, masa del impulsor: 38 kg. Vibración excesiva: 8,2 mm/s RMS en el cojinete del extremo de la transmisión. La FFT confirma un pico dominante de 1× con fase estable.
Configuración: Balanset-1A Sensor en el cojinete del lado de la transmisión (DE), tacómetro láser en el eje. Modo F2 (plano único — L/D < 0,4).
Paso 1: Pasada inicial: 8,2 mm/s a 47°.
Paso 2: Peso de prueba: 15 g a 0° en el cubo del ventilador, R = 200 mm.
Paso 3: Pasada de prueba: 5,9 mm/s a 112°.
Paso 4: El software calcula: corrección = 22 g a 198°, R = 200 mm.
Paso 5: Instale un peso soldado de 22 g a 198°. Retire el peso de prueba.
Paso 6: Verificación: 0,9 mm/s. Tolerancia ISO G 6.3 → Upor = 1 570 g·mm. Logrado: ~180 g·mm. ✅ Aprobado.
Máquina: Motor de 45 kW + bomba centrífuga, 2950 RPM, masa del rotor: 55 kg. Vibración: Cojinete delantero: 6,1 mm/s, cojinete trasero: 4,8 mm/s. Desfase: ~140° → desequilibrio dinámico.
Configuración: Balanset-1A con dos sensores (DE + NDE), modo F3. Planos de corrección: cubo de acoplamiento (plano 1) y extremo del ventilador del motor (plano 2).
Mediciones: Inicial → plano de prueba 1 (10 g a 0°) → plano de prueba 2 (8 g a 0°).
Resultado: El software resuelve una matriz de 2×2. Corrección: plano 1 = 18 g a 245°, plano 2 = 12 g a 68°.
Verificación: DE: 0,7 mm/s, NDE: 0,5 mm/s. Límite G 6.3: 1 122 g·mm. ✅ Ambos planos claramente dentro de la tolerancia.
Máquina: Trituradora de martillos, 980 RPM, masa del rotor: 420 kg. Tras la sustitución del martillo, la vibración aumentó a 14,5 mm/s.
Especificación: G 16 (trabajo pesado, condiciones severas). Upor = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g-mm.
Procedimiento: Rotor de un solo plano (tipo disco). Masa de prueba de 150 g a 0° sobre el borde. Corrección: 280 g a 315°. Placa de acero para soldar.
Resultado: 2,8 mm/s. Residual ~5 600 g·mm. ✅ Bien dentro del límite G 16.
Temas relacionados
- ISO 1940-1: Sistema de tolerancia de grado G: el criterio de aceptación para los resultados de balanceo.
- ISO 1940-2: Vocabulario: definiciones de todos los términos de balanceo.
- Grado de calidad del equilibrio: Calculadora interactiva de grado G.
- Desequilibrio: La condición física que el balanceo corrige.
- ISO 14694: Categorías BV y límites de vibración específicos para ventiladores.
- Armónicos: Distinguir 1× (desequilibrio) de 2× (desalineación) y otros órdenes.
- Frecuencia natural: Límite de rotor rígido/flexible: fundamental para el enfoque de equilibrado.
Preguntas frecuentes: Equilibrado de rotores
Procedimientos, tipos, diagnóstico y estándares
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