ISO 21940-11: Procedimientos y tolerancias para rotores de comportamiento rígido
ISO 21940-11 es la norma internacional moderna y de referencia para el equilibrando de rotores rígidos — rotores cuya distribución del desequilibrio no varía de forma significativa en todo su rango de velocidades de funcionamiento. Sustituye oficialmente a la norma de larga tradición ISO 1940-1, manteniendo la estructura habitual de dicho documento, al tiempo que se perfecciona la redacción, se amplía el catálogo de tipos de rotores y se ofrecen instrucciones procedimentales mucho más explícitas. Su título completo es “Vibraciones mecánicas — Equilibrado de rotores — Parte 11: Procedimientos y tolerancias para rotores de comportamiento rígido”, y es el documento al que recurre un ingeniero cada vez que debe justificar una especificación de equilibrio, una tolerancia o una prueba de aceptación frente a una referencia reconocida.
1. Ámbito de aplicación: ¿Qué se considera un rotor rígido?
La norma se aplica exclusivamente a los rotores que presentan comportamiento rígido. Formalmente, se considera que un rotor es rígido cuando puede corregirse en dos planos arbitrarios cualesquiera y, tras dicha corrección, su desequilibrio residual no supera de forma significativa la tolerancia especificada a ninguna velocidad hasta la velocidad máxima de servicio. En la práctica, esto significa que el eje no se dobla de forma apreciable bajo la fuerzas centrífugas que genera, por lo que la distribución de masa que se mide a baja velocidad es, en la práctica, la misma con la que funciona la máquina a plena velocidad.
Esta hipótesis constituye la línea divisoria de toda la familia de normas ISO 21940. Cuando un rotor se flexiona —por lo general, una vez que su velocidad de servicio supera aproximadamente el 70 % de su primera flexión— velocidad crítica — el modelo rígido se desmorona y los procedimientos de varias velocidades de ISO 21940-12 — en su lugar, deben utilizarse los procedimientos de varias velocidades de para rotores flexibles. El objetivo declarado del equilibrado de rotores rígidos es reducir la masa excentricidad hasta que las fuerzas centrífugas y vibración Los valores de desequilibrio residual son aceptablemente bajos para el uso previsto de la máquina; nunca se debe perseguir un equilibrio teórico perfecto, ya que no es ni alcanzable ni rentable.
2. Especificación de la tolerancia de equilibrio: grados G
Este es el núcleo de la norma: el capítulo que responde a la pregunta “¿qué nivel de equilibrio se requiere?”. En él se desarrolla el concepto reconocido internacionalmente de Grados de calidad del equilibrio (G). Un grado G es una constante igual al producto de la excentricidad específica admisible del rotor mi y su velocidad angular máxima de servicio Ω:
G = e · Ω (numéricamente, la velocidad orbital admisible del centro de masa en mm/s)
La norma incluye una tabla exhaustiva y actualizada en la que se enumeran cientos de tipos de rotores —desde pequeños inducidos eléctricos y husillos de rectificado, pasando por bombas, ventiladores y accionamientos de máquinas-herramienta, hasta enormes turbinas de vapor y generadores— y asigna a cada uno de ellos un grado recomendado. Un ingeniero consulta un grado como, por ejemplo, G6.3 en el caso de una bomba o un ventilador típicos, G2.5 para el rotor de una turbina o de un turbogenerador rígido, o valores más estrictos para husillos de precisión. A continuación, la norma proporciona la fórmula que convierte ese grado en un valor de trabajo: el desequilibrio residual admisible específico desequilibrio mipor, lo que, multiplicado por la masa del rotor, da como resultado el desequilibrio residual total admisible en unidades como gramos-milímetros. Porque mipor = (G × 1000) / Ω; el desequilibrio admisible disminuye a medida que aumenta la velocidad de funcionamiento: un rotor rápido debe equilibrarse con mucha mayor precisión que uno lento de la misma masa. Nuestro Calculadora de desequilibrio residual (ISO 21940-11) realiza esta conversión directamente a partir del grado, la masa y la velocidad.
3. Distribución de la tolerancia entre dos planos de corrección
Una sola tolerancia total no basta para equilibrar un rotor real, ya que la corrección se aplica en dos planos de corrección. Una vez conocido el desequilibrio residual total admisible, este debe repartirse entre esos dos planos, y la norma ISO 21940-11 proporciona fórmulas explícitas y diagramas vectoriales para hacerlo correctamente. El reparto no es arbitrario: depende de la geometría del rotor, concretamente de la distancia axial de cada plano de corrección respecto al centro de gravedad y a las ubicaciones de los cojinetes. La correcta asignación de la tolerancia es lo que garantiza que tanto el estático componente y el desequilibrio de par están controladas, por lo que las fuerzas dinámicas en ambos los cojinetes se minimizan a lo largo de toda la longitud del rotor. En el caso de un rotor simétrico y de montaje interior, la distribución es prácticamente uniforme; en geometrías asimétricas o de montaje exterior, puede ser notablemente desigual. La guía complementaria sobre Cómo repartir el desequilibrio residual admisible entre dos planos de corrección explica el mismo cálculo paso a paso.
4. Verificación del desequilibrio residual: la prueba de aceptación
Una vez aplicadas las correcciones finales, pesos de corrección una vez aplicadas, una ejecución de verificación confirma el resultado. En un máquina equilibradora El desequilibrio residual se mide en cada plano de corrección y se compara con las tolerancias individuales por plano obtenidas en el paso anterior. El rotor solo se considera apto cuando el desequilibrio residual medido se encuentra dentro de los límites de tolerancia o por debajo de ellos en ambos planos: aprobar en un plano y quedarse al borde de la tolerancia en el otro se considera un fallo. La norma destaca que el instrumento de verificación debe estar debidamente calibrado y que deben tenerse en cuenta los posibles errores de los accesorios (mandriles, adaptadores, elementos de transmisión), ya que una excentricidad no corregida en los accesorios puede ocultar o falsear un resultado satisfactorio.
Cuando el rotor ya está instalado, esta misma comprobación se realiza in situ, en lugar de en un foso de equilibrado. Un analizador 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, y confirma que la vibración residual se encuentra dentro de los límites del grado ISO 21940-11 seleccionado, lo que refleja el estado real una vez instalada, incluyendo los efectos del montaje y térmicos que una máquina de taller nunca experimenta.
5. Informes y trazabilidad
La norma concluye especificando el contenido mínimo que debe incluir un informe formal de equilibrado, de modo que los resultados sean trazables e inequívocos. Un informe conforme debe incluir los datos administrativos (fecha, operador), la identificación completa del rotor (números de pieza y de serie) y los parámetros clave del equilibrado: el grado de calidad de equilibrado especificado, la velocidad máxima de servicio y la masa del rotor. Es fundamental que documente tanto el desequilibrio inicial y el desequilibrio residual final medido para cada plano de corrección, lo que demuestra que cada uno de ellos se encuentra por debajo de la tolerancia calculada. El resultado es un registro permanente y verificable de que el rotor se ha equilibrado de conformidad con la norma.
6. ¿Qué ha cambiado con respecto a la norma ISO 1940-1?
- Sustituto directo: La norma ISO 21940-11 es la sucesora oficial de la norma ISO 1940-1. Los principios fundamentales y la relación básica G = e·Ω no han variado, por lo que las especificaciones anteriores que indican «G6.3 según la norma ISO 1940-1» se ajustan perfectamente al nuevo documento.
- Mayor énfasis en el proceso: La nueva edición aborda el equilibrado como un flujo de trabajo integral —especificar la tolerancia, distribuirla entre los planos, verificar el resultado y generar un informe— en lugar de como un simple valor de tolerancia.
- Tablas más completas y orientaciones más claras: Las tablas de maquinaria de grado G abarcan ahora más tipos de rotores, y las instrucciones de procedimiento y asignación son más explícitas.
- Mejor integración: La norma encaja perfectamente con el resto de la serie ISO 21940 — Parte 12 para rotores flexibles y la Parte 13 para equilibrado in situ — y hace referencia a la moderna ISO 20816 serie de límites de vibración en servicio.
- La hipótesis del rotor rígido sigue siendo el factor determinante: Todo el documento es válido únicamente mientras el rotor se comporte de forma rígida; en cuanto se flexione a alta velocidad, el analista deberá pasar a la Parte 12.
