ISO 21940-13: Criterios y medidas de seguridad para el equilibrado in situ de rotores medianos y grandes
ISO 21940-13 es la norma internacional especializada que regula la técnica práctica del equilibrado de un rotor en sus propios cojinetes y estructura de soporte, justo donde se encuentra la máquina, es decir, balanceo in situ o en campo. Su título completo es «Vibraciones mecánicas — Equilibrado de rotores — Parte 13: Criterios y medidas de seguridad para el equilibrado in situ de rotores medianos y grandes». Cuando se trata de un máquina equilibradora Cuando no es posible utilizarla —ya sea porque el rotor es demasiado grande, porque su desmontaje resulta demasiado costoso o porque solo presenta problemas en condiciones reales de funcionamiento—, esta sección explica cuándo es recomendable el equilibrado en campo y cómo llevarlo a cabo de forma segura. Complementa la sección centrada en las tolerancias ISO 21940-11 (rotores rígidos) y ISO 21940-12 (rotores flexibles) teniendo en cuenta las circunstancias reales del trabajo en una máquina en funcionamiento y ya instalada.
1. Ámbito de aplicación
La norma proporciona directrices y medidas de seguridad para el equilibrado in situ de rotores medianos y grandes, realizado mientras el rotor permanece en sus propios cojinetes y estructura de soporte — normalmente en su ubicación operativa final. En la práctica, los mismos principios de equilibrado in situ se aplican tanto si el rotor se comporta como rígido o flexible en su estado de funcionamiento: es la dinámica del conjunto sistema rotor-cojinete, y no el rotor por sí solo, es lo que determina el enfoque. El documento está dirigido a los técnicos, ingenieros y responsables que deben decidir, planificar y llevar a cabo de forma segura una campaña de equilibrado in situ.
2. Criterios: cuándo se justifica el equilibrado in situ
El equilibrado en campo no es la solución automática para todos los casos de alta vibración, y este capítulo ofrece un marco de decisión. La norma identifica varios casos en los que el equilibrado in situ es la opción más adecuada:
- La retirada resulta poco práctica o poco rentable: Desmontar el rotor de una turbina, un generador o un ventilador de gran tamaño para realizar un equilibrado en taller puede resultar prohibitivamente caro o, sencillamente, inviable.
- El desequilibrio solo se produce durante el funcionamiento: ese desequilibrio se debe a unas condiciones que solo se dan cuando la máquina está en funcionamiento — deformación térmica, fuerzas aerodinámicas, o la acumulación de residuos del proceso, como restos de material y restos de producto incrustados en las aspas del ventilador. Un equilibrado en taller no puede reproducir estas condiciones.
- Ajuste final tras la reinstalación: un rotor que se haya equilibrado en taller puede que aún necesite un equilibrio de compensación una vez montado de nuevo en la máquina, para compensar las pequeñas desviaciones que se producen durante el montaje.
Es fundamental que la norma exija confirmar primero que la alta vibración se debe realmente a desequilibrar — y no por desalineación, resonancia, o holgura mecánica, que imitan o agravan los signos de desequilibrio. Añadir contrapesos a una máquina desalineada o con resonancia supone una pérdida de tiempo y puede empeorar la situación.
3. Procedimientos y metodología
Esta sección es una guía paso a paso para ejecutar el trabajo. En primer lugar, establece los requisitos de instrumentación: un sistema multicanal analizador de vibraciones capaz de medir amplitud y fase, uno o más transductores de vibración (sondas de proximidad relativas al eje y/o sensores montados en la carcasa acelerómetros), and a sensor de referencia de fase — normalmente un fototacógrafo o tacómetro láser — colocar en el eje una marca de sincronización de una vez por revolución.
Cabe destacar que la ISO 21940-13 establece los criterios, la instrumentación y las medidas de seguridad, pero deliberadamente no prescribe el método utilizado para calcular las masas de corrección a partir de los datos de vibración medidos, dejando la elección del algoritmo al profesional. En la práctica, la técnica de uso universal es la coeficiente de influencia método: el analista registra el vector de vibración inicial (amplitud y fase), adjunta una peso de prueba en una posición angular conocida, mide el nuevo vector de «respuesta» y, a continuación, utiliza matemáticas vectoriales para calcular la masa y el ángulo del contrapeso de corrección requerido peso de corrección, aplicado en un plano o en dos planos según lo requiera la máquina. Este es exactamente el flujo de trabajo que automatiza un instrumento portátil: el Balanset-1A, un equilibrador y analizador de campo de dos canales, mide la amplitud y la fase en los cojinetes de la propia máquina a velocidad de funcionamiento, calcula los coeficientes de influencia e indica la masa y el ángulo de corrección para cada plano, lo que permite al ingeniero equilibrar y verificar sin necesidad de desmontar el rotor. A Calculadora de peso de prueba ayuda a dimensionar de forma sensata ese primer peso de prueba.
4. Evaluación de la calidad del equilibrado: vibración, no desequilibrio residual
Aquí es donde la norma marca su diferencia más importante con respecto a la práctica habitual en taller. El equilibrado en taller tiene como objetivo cumplir un requisito específico desequilibrio residual tolerancia derivada de un Grado G. El equilibrado en campo tiene un objetivo más pragmático: reducir el vibración operativa a un nivel aceptable. Por consiguiente, la aceptación se juzga no por el desequilibrio residual en g·mm, sino por las amplitudes de vibración finales. La norma establece que esta evaluación utilice los límites de vibración en servicio definidos en las normas complementarias que referencia — ISO 7919 para la vibración del eje y ISO 10816 para la vibración en partes no rotantes (ambas consolidadas posteriormente en la moderna ISO 20816 serie). El objetivo práctico es reducir el componente 1× velocidad de marcha componente hasta que el nivel general de la máquina se sitúe en una zona de evaluación aceptable —la zona A o B— para un funcionamiento a largo plazo. Puede comparar el valor medido con esos rangos utilizando el Calculadora de zonas de vibración según la norma ISO 20816-1.
5. Medidas de protección y precauciones de seguridad
Podría decirse que este capítulo es la razón de ser de la norma, ya que el equilibrado en el terreno conlleva riesgos que no se dan en un taller controlado —principalmente, el hecho de poner en marcha deliberadamente una máquina con contrapesos añadidos que podrían salir disparados—. Por ello, exige un enfoque de seguridad riguroso y documentado:
- Primero, la inspección mecánica: Compruebe antes de cada puesta en marcha que todos los elementos de fijación estén bien apretados y que todas las protecciones estén en su sitio.
- Fijación con peso positivo: Las pesas de prueba y de corrección deben fijarse de forma segura —mediante soldadura, tornillos o colocadas en soportes específicos— para que no puedan convertirse en proyectiles.
- Zona de acceso restringido: una zona acordonada alrededor de la máquina durante cada prueba de funcionamiento.
- Comunicación clara: protocolos inequívocos entre el analista de equilibrado y el operador de la máquina.
- Parada de emergencia: un procedimiento de apagado predefinido y ensayado, listo antes de la primera puesta en marcha.
Este énfasis en la seguridad es fundamental: dadas las velocidades y el peso de los rotores medianos y grandes, un peso que salga disparado o un acoplamiento sin protección pueden provocar lesiones graves y daños catastróficos en los equipos.
6. Conceptos clave que hay que recordar
- Equilibrado en campo frente a equilibrado en taller: La norma se centra exclusivamente en el equilibrado de un rotor in the machine, ajustando todo el conjunto en su estado operativo real, en lugar de hacerlo en una máquina equilibradora en un taller.
- El objetivo es reducir las vibraciones: el éxito se mide por una vibración en servicio aceptable conforme a ISO 7919 / ISO 10816 (ahora consolidadas como ISO 20816), no por una cifra de desequilibrio residual.
- Safety first: La incorporación deliberada de masas de corrección a una máquina en funcionamiento hace que las medidas de seguridad documentadas sean imprescindibles.
- Método del coeficiente de influencia: la técnica universal in situ: medir el vector inicial, añadir un peso de prueba conocido, medir la respuesta y calcular la corrección mediante operaciones vectoriales.
