Parte I: Fundamentos teóricos y regulatorios del equilibrio dinámico

El balanceo dinámico en campo es una de las operaciones clave en la tecnología de ajuste de vibraciones, cuyo objetivo es prolongar la vida útil de los equipos industriales y prevenir situaciones de emergencia. El uso de instrumentos portátiles como el Balanset-1A permite realizar estas operaciones directamente en la planta de operación, minimizando el tiempo de inactividad y los costos asociados al desmontaje. Sin embargo, un balanceo exitoso requiere no solo la capacidad de trabajar con el instrumento, sino también un profundo conocimiento de los procesos físicos que subyacen a la vibración, así como del marco regulatorio que rige la calidad del trabajo.

El principio de la metodología se basa en la instalación de pesas de prueba y el cálculo de los coeficientes de influencia del desequilibrio. En resumen, el instrumento mide la vibración (amplitud y fase) de un rotor giratorio, tras lo cual el usuario añade secuencialmente pequeñas pesas de prueba en planos específicos para calibrar la influencia de la masa adicional en la vibración. Con base en los cambios en la amplitud y la fase de la vibración, el instrumento calcula automáticamente la masa y el ángulo de instalación necesarios de las pesas correctivas para eliminar el desequilibrio.

Este enfoque implementa el método de tres pasadas para el equilibrado en dos planos: medición inicial y dos pasadas con pesas de prueba (una en cada plano). Para el equilibrado en un solo plano, dos pasadas suelen ser suficientes: sin pesa y con una pesa de prueba. En los instrumentos modernos, todos los cálculos necesarios se realizan automáticamente, lo que simplifica considerablemente el proceso y reduce los requisitos de cualificación del operador.

Sección 1.1: Física del desequilibrio: análisis en profundidad

La causa principal de cualquier vibración en equipos rotativos es el desequilibrio. El desequilibrio es una condición en la que la masa del rotor se distribuye de forma desigual respecto a su eje de rotación. Esta distribución desigual provoca la aparición de fuerzas centrífugas, que a su vez causan vibración en los soportes y en toda la estructura de la máquina. Las consecuencias de un desequilibrio no abordado pueden ser catastróficas: desde el desgaste prematuro y la destrucción de los rodamientos hasta daños en la cimentación y la propia máquina. Para un diagnóstico y una eliminación eficaces del desequilibrio, es necesario distinguir claramente sus tipos.

Tipos de desequilibrio

Configuración de una máquina balanceadora de rotor con sistema de monitoreo controlado por computadora para medir fuerzas estáticas y dinámicas para detectar desequilibrios en los componentes giratorios del motor eléctrico.

Desequilibrio estático (monoplano): Este tipo de desequilibrio se caracteriza por el desplazamiento del centro de masas del rotor paralelo al eje de rotación. En estado estático, un rotor de este tipo, instalado sobre prismas horizontales, siempre girará con el lado pesado hacia abajo. El desequilibrio estático predomina en rotores delgados con forma de disco, donde la relación longitud-diámetro (L/D) es inferior a 0,25, por ejemplo, en muelas abrasivas o impulsores de ventiladores estrechos. El desequilibrio estático se elimina instalando un peso correctivo en un plano de corrección, diametralmente opuesto al punto pesado.

Desequilibrio de pareja (momento): Este tipo se produce cuando el eje principal de inercia del rotor interseca el eje de rotación en el centro de masas, pero no es paralelo a él. El desequilibrio de par puede representarse como dos masas desequilibradas de igual magnitud, pero con direcciones opuestas, ubicadas en planos diferentes. En estado estático, dicho rotor está en equilibrio, y el desequilibrio solo se manifiesta durante la rotación en forma de balanceo o bamboleo. Para compensarlo, se requiere la instalación de al menos dos pesos correctivos en dos planos diferentes, lo que crea un momento compensador.

Diagrama técnico de un aparato de prueba de rotor de motor eléctrico con bobinados de cobre montados sobre cojinetes de precisión, conectado a un equipo electrónico de monitoreo para medir la dinámica rotacional.

Desequilibrio dinámico: Este es el tipo de desequilibrio más común en condiciones reales, y representa una combinación de desequilibrios estáticos y de par. En este caso, el eje central principal de inercia del rotor no coincide con el eje de rotación ni lo interseca en el centro de masas. Para eliminar el desequilibrio dinámico, es necesaria la corrección de masas en al menos dos planos. Los instrumentos de dos canales, como el Balanset-1A, están diseñados específicamente para resolver este problema.

Desequilibrio cuasiestático: Este es un caso especial de desequilibrio dinámico donde el eje principal de inercia interseca el eje de rotación, pero no en el centro de masas del rotor. Esta distinción, sutil pero importante, es fundamental para el diagnóstico de sistemas de rotores complejos.

Rotores rígidos y flexibles: distinción crítica

Uno de los conceptos fundamentales del balanceo es la distinción entre rotores rígidos y flexibles. Esta distinción determina la posibilidad y la metodología para un balanceo exitoso.

Rotor rígido: Un rotor se considera rígido si su frecuencia de rotación operativa es significativamente inferior a su primera frecuencia crítica y no sufre deformaciones elásticas significativas (desviaciones) bajo la acción de fuerzas centrífugas. El balanceo de un rotor de este tipo suele realizarse con éxito en dos planos de corrección. Los instrumentos Balanset-1A están diseñados principalmente para trabajar con rotores rígidos.

Rotor flexible: Un rotor se considera flexible si opera a una frecuencia de rotación cercana a una de sus frecuencias críticas o superior a ella. En este caso, la deflexión elástica del eje es comparable al desplazamiento del centro de masas y contribuye significativamente a la vibración general.

Intentar equilibrar un rotor flexible utilizando la metodología para rotores rígidos (en dos planos) suele provocar fallos. Instalar pesas correctoras puede compensar la vibración a baja velocidad subresonante, pero al alcanzar la velocidad de operación, cuando el rotor se dobla, estas mismas pesas pueden aumentar la vibración al excitar uno de los modos de vibración de flexión. Esta es una de las principales razones por las que el equilibrado no funciona, aunque todas las acciones con el instrumento se realicen correctamente. Antes de comenzar el trabajo, es fundamental clasificar el rotor correlacionando su velocidad de operación con las frecuencias críticas conocidas (o calculadas).

Si es imposible evitar la resonancia (por ejemplo, si la máquina tiene una velocidad fija que coincide con la resonante), se recomienda modificar temporalmente las condiciones de montaje de la unidad (por ejemplo, aflojar la rigidez del soporte o instalar juntas elásticas provisionales) durante el equilibrado para compensar la resonancia. Tras eliminar el desequilibrio del rotor y restablecer la vibración normal, la máquina puede volver a las condiciones de montaje estándar.

Sección 1.2: Marco regulatorio: Normas ISO

Las normas en el ámbito del equilibrado cumplen varias funciones clave: establecen una terminología técnica unificada, definen los requisitos de calidad y, lo que es más importante, sirven de base para alcanzar un equilibrio entre la necesidad técnica y la viabilidad económica. Unos requisitos de calidad excesivos para el equilibrado resultan desventajosos, por lo que las normas ayudan a determinar en qué medida es recomendable reducir el desequilibrio. Además, pueden utilizarse en las relaciones contractuales entre fabricantes y clientes para determinar los criterios de aceptación.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Requisitos de calidad para el equilibrado de rotores rígidos

Software para el equilibrador portátil y analizador de vibraciones Balanset-1A. Calculadora de tolerancias de equilibrado (ISO 1940)

Esta norma es el documento fundamental para determinar el desequilibrio residual admisible. Introduce el concepto de grado de calidad de equilibrado (G), que depende del tipo de máquina y su frecuencia de rotación.

Grado de calidad G: Cada tipo de equipo corresponde a un grado de calidad específico que se mantiene constante independientemente de la velocidad de rotación. Por ejemplo, el grado G6.3 se recomienda para trituradoras y el G2.5 para armaduras de motores eléctricos y turbinas.

Cálculo del desequilibrio residual admisible (U_por): La norma permite calcular un valor de desequilibrio admisible específico que sirve como indicador objetivo durante el equilibrado. El cálculo se realiza en dos etapas:

1. Determinación del desequilibrio específico admisible (e_por) utilizando la fórmula:
   mi_por = (G × 9549) / n
   Donde G es el grado de calidad del equilibrado (p. ej., 2,5), n es la frecuencia de rotación de operación (rpm). La unidad de medida para e_por es g·mm/kg o μm.
2. Determinación del desequilibrio residual admisible (U_por) para todo el rotor:
   Tú_por = e_por × M
   donde M es la masa del rotor, en kg. La unidad de medida para U_por es g·mm.

Por ejemplo, para un rotor de motor eléctrico con una masa de 5 kg, operando a 3000 rpm con grado de calidad G2.5, el cálculo sería:

mi_por = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm (o g·mm/kg).

Tú_por = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

Esto significa que después del equilibrado, el desequilibrio residual no debe superar los 39,8 g·mm.

El uso de la norma transforma la evaluación subjetiva de "la vibración aún es demasiado alta" en un criterio objetivo y medible. Si el informe final de equilibrado generado por el software del instrumento muestra que el desequilibrio residual se encuentra dentro de la tolerancia ISO, el trabajo se considera realizado con calidad, lo que protege al ejecutante en situaciones controvertidas.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Equilibrio en el lugar

Esta norma regula directamente el proceso de equilibrado de campo.

Ventajas: La principal ventaja del balanceo in situ es que el rotor se equilibra en condiciones reales de funcionamiento, sobre sus soportes y bajo carga operativa. Esto tiene en cuenta automáticamente las propiedades dinámicas del sistema de soporte y la influencia de los componentes del tren de ejes conectados, que no pueden modelarse en una máquina balanceadora.

Desventajas y limitaciones: La norma también indica desventajas importantes que deben tenerse en cuenta al planificar el trabajo.

• Acceso limitado: A menudo, el acceso a los planos de corrección en una máquina ensamblada es difícil, lo que limita las posibilidades de instalación de peso.
• Necesidad de realizar pruebas: El proceso de equilibrado requiere varios ciclos de “arranque y parada” de la máquina, lo que puede resultar inaceptable desde el punto de vista del proceso de producción y de la eficiencia económica.
• Dificultad con desequilibrio severo: En casos de desequilibrio inicial muy grande, las limitaciones en la selección del plano y la masa del peso correctivo pueden no permitir lograr la calidad de equilibrado requerida.

Otras normas relevantes

Para completar, cabe mencionar otras normas como la serie ISO 21940 (que sustituye a la ISO 1940), la ISO 8821 (que regula la consideración de la influencia de la clave) y la ISO 11342 (para rotores flexibles).

Parte II: Guía práctica para el equilibrado con instrumentos Balanset-1A

El éxito del balanceo del 80% depende de la minuciosidad del trabajo preparatorio. La mayoría de los fallos no se deben a un mal funcionamiento del instrumento, sino a la omisión de factores que afectan la repetibilidad de la medición. El principio fundamental de la preparación consiste en excluir cualquier otra posible fuente de vibración para que el instrumento mida únicamente el efecto del desequilibrio.

Sección 2.1: Base del éxito: Diagnóstico previo al balanceo y preparación de la máquina

Antes de conectar el instrumento, es necesario realizar un diagnóstico y preparación completos del mecanismo.

Paso 1: Diagnóstico de vibración primaria (¿Es realmente un desequilibrio?)

Antes de balancear, conviene realizar una medición preliminar de la vibración en modo vibrómetro. El software Balanset-1A cuenta con el modo "Vibrador" (botón F5) que permite medir la vibración general y, por separado, el componente a la frecuencia de rotación (1×) antes de instalar las pesas. Este diagnóstico ayuda a comprender la naturaleza de la vibración: si la amplitud del armónico rotacional principal se acerca a la vibración general, es probable que la fuente de vibración dominante sea el desequilibrio del rotor, y el balanceo es efectivo. Además, las lecturas de fase y vibración entre mediciones deben ser estables y no variar en más de 5-10%.

Utilice el instrumento en modo vibrómetro o analizador de espectro (FFT) para la evaluación preliminar del estado de la máquina.

Signo clásico de desequilibrio: El espectro de vibración debe estar dominado por un pico a la frecuencia de rotación del rotor (pico a 1x RPM). La amplitud de este componente en las direcciones horizontal y vertical debe ser comparable, y las amplitudes de otros armónicos deben ser significativamente menores.

Signos de otros defectos: Si el espectro presenta picos significativos en otras frecuencias (p. ej., 2x, 3x RPM) o en frecuencias no múltiples, esto indica la presencia de otros problemas que deben eliminarse antes del balanceo. Por ejemplo, un pico a 2x RPM suele indicar desalineación del eje.

Paso 2: Inspección mecánica integral (lista de verificación)

Rotor: Limpie a fondo todas las superficies del rotor (aspas del ventilador, martillos trituradores, etc.) para eliminar suciedad, óxido y producto adherido. Incluso una pequeña cantidad de suciedad en un radio amplio puede causar un desequilibrio significativo. Compruebe que no haya elementos rotos o faltantes (aspas, martillos) ni piezas sueltas.

Aspectos: Revise los conjuntos de cojinetes para detectar holgura excesiva, ruidos extraños y sobrecalentamiento. Los cojinetes desgastados con mucha holgura dificultarán la obtención de lecturas estables e imposibilitarán el equilibrado. Es necesario verificar el ajuste de los muñones del rotor a los casquillos de los cojinetes y las holguras.

Fundación y estructura: Asegúrese de que la unidad esté instalada sobre una base rígida. Compruebe el apriete de los pernos de anclaje y la ausencia de grietas en el marco. La presencia de una "pata coja" (cuando un soporte no encaja en la base) o una rigidez insuficiente de la estructura de soporte provocará una absorción de energía por vibración y lecturas inestables e impredecibles.

Conducir: Para transmisiones por correa, revise la tensión y el estado de la correa. Para conexiones de acoplamiento, revise la alineación del eje. La desalineación puede generar vibraciones al doble de la frecuencia de las RPM, lo que distorsionará las mediciones a la frecuencia de rotación.

Seguridad: Asegúrese de que todas las protecciones estén presentes y en buen estado. El área de trabajo debe estar libre de objetos extraños y personas.

Sección 2.2: Configuración y configuración del instrumento

La instalación adecuada del sensor es la clave para obtener datos precisos y confiables.

Instalación de hardware

Sensores de vibración (acelerómetros):

• Conecte los cables del sensor a los conectores del instrumento correspondientes (por ejemplo, X1 y X2 para Balanset-1A).
• Instale sensores en las carcasas de los cojinetes lo más cerca posible del rotor.
• Práctica clave: Para obtener la máxima señal (la mayor sensibilidad), los sensores deben instalarse en la dirección donde la vibración es máxima. Para la mayoría de las máquinas horizontales, esta es la dirección horizontal, ya que la rigidez de la cimentación en este plano suele ser menor. Utilice una base magnética potente o un soporte roscado para asegurar un contacto firme. Un sensor mal fijado es una de las principales causas de la obtención de datos incorrectos.

Sensor de fase (tacómetro láser):

• Conecte el sensor a la entrada especial (X3 para Balanset-1A).
• Coloque un pequeño trozo de cinta reflectante en el eje u otra pieza giratoria del rotor. La cinta debe estar limpia y ofrecer un buen contraste.
• Instale el tacómetro en su soporte magnético de modo que el rayo láser incida de forma estable sobre la marca durante toda la revolución. Asegúrese de que el instrumento muestre un valor estable de revoluciones por minuto (RPM).

Si el sensor no alcanza la marca o, por el contrario, emite pulsos adicionales, debe corregir el ancho o color de la marca, o bien la sensibilidad o el ángulo del sensor. Por ejemplo, si hay elementos brillantes en el rotor, se pueden cubrir con cinta mate para que no reflejen el láser. Al trabajar al aire libre o en habitaciones muy iluminadas, si es posible, proteja el sensor de la luz directa, ya que una iluminación intensa puede interferir con el sensor de fase.

Configuración del software (Balanset-1A)

• Inicie el software (como administrador) y conecte el módulo de interfaz USB.
• Vaya al módulo de balanceo. Cree un nuevo registro para la unidad que se va a balancear, ingresando su nombre, masa y otros datos disponibles.
• Seleccione el tipo de equilibrio: 1 plano (estático) para rotores estrechos o 2 planos (dinámico) para la mayoría de los demás casos.
• Definir planos de corrección: elegir lugares en el rotor donde se puedan instalar pesos correctivos de forma segura y confiable (por ejemplo, el disco trasero del impulsor del ventilador, ranuras especiales en el eje).

Sección 2.3: Procedimiento de equilibrado: guía paso a paso

El procedimiento se basa en el método del coeficiente de influencia, donde el instrumento aprende cómo responde el rotor al instalar una masa conocida. Los instrumentos Balanset-1A automatizan este proceso.

Este enfoque implementa el llamado método de tres ejecuciones para el equilibrado de dos planos: medición inicial y dos ejecuciones con pesos de prueba (uno en cada plano).

Ejecución 0: Medición inicial

• Arranque la máquina y estabilice su velocidad de funcionamiento. Es fundamental que la velocidad de rotación sea la misma en todos los ciclos posteriores.
• En el programa, inicie la medición. El instrumento registrará los valores iniciales de amplitud y fase de la vibración (el denominado vector inicial "O").

Aparato de prueba de motores industriales con rotor bobinado de cobre montado sobre cojinetes de precisión, con sistema de monitoreo controlado por computadora para análisis y diagnóstico de rendimiento eléctrico.

Interfaz de software de equilibrio dinámico de dos planos que muestra datos de análisis de vibraciones con formas de onda en el dominio del tiempo y gráficos de espectro de frecuencia para el diagnóstico de maquinaria rotatoria.

Ejecución 1: Peso de prueba en el plano 1

• Detener la máquina.
• Selección del peso de prueba: Este es el paso más crítico, dependiendo del operador. La masa del peso de prueba debe ser suficiente para provocar un cambio perceptible en los parámetros de vibración (cambio de amplitud de al menos 20-30 TP3T o cambio de fase de al menos 20-30 grados). Si el cambio es demasiado pequeño, la precisión del cálculo será baja. Esto se debe a que la débil señal útil del peso de prueba se "ahoga" en el ruido del sistema (holgura de los cojinetes, turbulencia del flujo), lo que provoca un cálculo incorrecto del coeficiente de influencia.
• Instalación de peso de prueba: Fije firmemente el peso de prueba pesado (m_t) con un radio conocido (r) en el plano 1. El soporte debe soportar la fuerza centrífuga. Registre la posición angular del peso con respecto a la marca de fase.
• Arranque la máquina a la misma velocidad estable.
• Realice la segunda medición. El instrumento registrará el nuevo vector de vibración ("O+T").
• Detenga la máquina y RETIRE el peso de prueba (a menos que el programa especifique lo contrario).

Representación 3D de la configuración de prueba del rotor de un motor eléctrico con devanados de cobre montados en un equipo de equilibrio de precisión, conectado a sensores de diagnóstico y una computadora portátil para el análisis del rendimiento.

Interfaz de software de equilibrio dinámico de dos planos que muestra el análisis de vibraciones con formas de onda en el dominio del tiempo y espectro de frecuencia para equilibrar maquinaria rotatoria a ~2960 RPM.

Ejecución 2: Peso de prueba en el plano 2 (para equilibrio en 2 planos)

• Repita exactamente el procedimiento del paso 2, pero esta vez instale el peso de prueba en el plano 2.
• Iniciar, medir, detener y RETIRE el peso de prueba.

Aparato de prueba de motores industriales con bobinados de cobre montados sobre soportes, con diagnóstico controlado por computadora portátil para analizar el rendimiento y la eficiencia del motor eléctrico.

Interfaz de máquina de equilibrio dinámico de dos planos que muestra resultados de análisis de vibraciones y cálculos de corrección de masa para equipos rotatorios, con lecturas de desequilibrio residual.

Cálculo e instalación de pesas correctoras

• Basándose en los cambios vectoriales registrados durante las pruebas, el programa calculará automáticamente la masa y el ángulo de instalación del peso correctivo para cada avión.
• El ángulo de instalación generalmente se mide desde la ubicación del peso de prueba en la dirección de rotación del rotor.
• Fije firmemente las pesas correctoras permanentes. Al soldar, recuerde que la soldadura en sí también tiene masa. Al usar pernos, se debe tener en cuenta su masa.

Modelo renderizado en 3D de una gran bobina electromagnética o estator de motor montado en un aparato de prueba, con devanados de cobre y equipo de monitoreo para análisis eléctrico y evaluación del rendimiento.

Interfaz de software de máquina equilibradora dinámica que muestra resultados de equilibrado en dos planos con masas de corrección de 0,290 g y 0,270 g en ángulos específicos para eliminar la vibración.

Análisis de balanceo dinámico en dos planos que muestra gráficos polares para la corrección del rotor. La interfaz muestra los requisitos de adición de masa (0,290 g a 206° para el plano 1, 0,270 g a 9° para el plano 2) para minimizar la vibración y lograr el equilibrio mecánico en maquinaria rotatoria.

Ejecución 3: Medición de verificación y equilibrado fino

• Vuelva a poner en marcha la máquina.
• Realizar una medición de control para evaluar el nivel de vibración residual.
• Compare el valor obtenido con la tolerancia calculada según ISO 1940-1.
• Si la vibración sigue superando la tolerancia, el instrumento, utilizando los coeficientes de influencia ya conocidos, calculará una pequeña corrección de ajuste. Instale este peso adicional y vuelva a comprobar. Normalmente, uno o dos ciclos de equilibrado fino son suficientes.
• Una vez finalizado, guarde el informe y los coeficientes de influencia para un posible uso futuro en máquinas similares.

Representación 3D de un conjunto de rotor de motor eléctrico en un equipo de prueba, con devanados de cobre con indicadores de diagnóstico verdes y dispositivos de medición conectados para el análisis de control de calidad.

Interfaz de software de equilibrio dinámico de dos planos que muestra resultados de medición de vibraciones y cálculos de corrección para maquinaria rotatoria, mostrando masas de prueba, ángulos y valores de desequilibrio residual.

Parte III: Resolución avanzada de problemas y solución de problemas

Esta sección está dedicada a los aspectos más complejos del equilibrio de campo: situaciones en las que el procedimiento estándar no produce resultados.

El balanceo dinámico implica la rotación de piezas masivas, por lo que es fundamental observar los procedimientos de seguridad. A continuación, se presentan las principales medidas de seguridad al balancear rotores en su lugar:

Medidas de seguridad

Prevención de arranque accidental (bloqueo/etiquetado): Antes de comenzar a trabajar, es necesario desconectar la alimentación del rotor. Se colocan señales de advertencia en los dispositivos de arranque para evitar que alguien arranque la máquina por error. El principal riesgo es el arranque repentino del rotor durante la instalación de pesas o sensores. Por lo tanto, antes de instalar pesas de prueba o correctivas, el eje debe detenerse de forma segura y debe ser imposible arrancarlo sin su conocimiento. Por ejemplo, desconecte el interruptor automático del motor y coloque un candado con una etiqueta, o retire los fusibles. Solo después de asegurarse de que el rotor no arranque espontáneamente, se puede instalar la pesa.

Equipo de protección personal: Al trabajar con piezas giratorias, utilice el EPI adecuado. Es obligatorio el uso de gafas de seguridad o pantalla facial para evitar la posible proyección de piezas pequeñas o pesas. Guantes, según corresponda (protegerán las manos durante la instalación de pesas, pero durante las mediciones es mejor trabajar sin ropa holgada ni guantes que puedan engancharse en las piezas giratorias). La ropa debe ser ajustada y sin bordes sueltos. El cabello largo debe llevarse bajo una prenda para la cabeza. Use tapones para los oídos o auriculares al trabajar con máquinas ruidosas (por ejemplo, equilibrar ventiladores grandes puede ser muy ruidoso). Si se utiliza soldadura para fijar pesas, utilice además máscara y guantes de soldadura y quítese los materiales inflamables.

Zona de peligro alrededor de la máquina: Limite el acceso de personas no autorizadas a la zona de equilibrado. Durante las pruebas de funcionamiento, se instalan barreras o, al menos, cintas de advertencia alrededor de la unidad. El radio de la zona de peligro es de al menos 3-5 metros, e incluso mayor para rotores grandes. Nadie debe permanecer en la línea de piezas giratorias ni cerca del plano de rotación del rotor durante su aceleración. Esté preparado para situaciones de emergencia: el operador debe tener listo un botón de parada de emergencia o estar cerca del interruptor de encendido para desactivar inmediatamente la unidad en caso de ruidos extraños, vibraciones superiores a los niveles permitidos o expulsión de peso.

Fijación de peso fiable: Al colocar pesas correctoras de prueba o permanentes, preste especial atención a su fijación. Las pesas de prueba temporales suelen fijarse con un perno a un orificio existente, pegarse con cinta adhesiva resistente o de doble cara (para pesas pequeñas y bajas velocidades), o soldarse por puntos en un par de puntos (si es seguro y el material lo permite). Las pesas correctoras permanentes deben fijarse de forma fiable y duradera: por lo general, se sueldan, se atornillan con pernos o tornillos, o se perfora el metal (eliminación de masa) en los puntos necesarios. Está absolutamente prohibido dejar una pesa mal fijada en el rotor (por ejemplo, con un imán sin soporte o un pegamento débil) durante el centrifugado; una pesa expulsada se convierte en un proyectil peligroso. Calcule siempre la fuerza centrífuga: incluso un perno de 10 gramos a 3000 rpm genera una gran fuerza de expulsión, por lo que el accesorio debe soportar sobrecargas con un amplio margen. Después de cada parada, compruebe si la pesa de prueba se ha aflojado antes de volver a arrancar el rotor.

Seguridad eléctrica de los equipos: El instrumento Balanset-1A suele alimentarse mediante el puerto USB de una computadora portátil, lo cual es seguro. Sin embargo, si la computadora portátil se conecta a una red de 220 V mediante un adaptador, se deben observar las medidas generales de seguridad eléctrica: usar una toma de corriente con toma de tierra, no pasar cables por zonas húmedas o calientes y proteger el equipo de la humedad. Está prohibido desmontar o reparar el instrumento Balanset o su fuente de alimentación mientras esté conectado a la red. Todas las conexiones de los sensores se realizan únicamente con el instrumento desconectado (el USB está desconectado o la computadora portátil está desconectada). Si hay tensión inestable o interferencias eléctricas fuertes en el lugar de trabajo, se recomienda alimentar la computadora portátil desde una fuente autónoma (UPS, batería) para evitar interferencias en las señales o el apagado del instrumento.

Teniendo en cuenta las características del rotor: Algunos rotores pueden requerir precauciones adicionales. Por ejemplo, al equilibrar rotores de alta velocidad, asegúrese de que no excedan la velocidad permitida (no se descontrolen). Para ello, se pueden utilizar limitaciones taquimétricas o verificar previamente la frecuencia de rotación. Los rotores largos y flexibles pueden alcanzar velocidades críticas durante el giro; prepárese para reducir rápidamente las revoluciones ante vibraciones excesivas. Si se realiza el balanceo en una unidad con fluido de trabajo (p. ej., bomba, sistema hidráulico), asegúrese de que durante el balanceo no haya suministro de fluido ni otros cambios de carga.

Documentación y comunicación: De acuerdo con las normas de seguridad laboral, es recomendable contar con instrucciones específicas para la realización segura de trabajos de equilibrado en su empresa. Estas deben prescribir todas las medidas enumeradas y, si es necesario, otras adicionales (por ejemplo, la presencia de un segundo observador, la inspección de las herramientas antes del trabajo, etc.). Familiarice a todo el equipo involucrado en el trabajo con estas instrucciones. Antes de comenzar los experimentos, realice una breve sesión informativa: quién hace qué, cuándo indicar una parada y qué señales convencionales se deben utilizar. Esto es especialmente importante si una persona está en el panel de control y otra en el equipo de medición.

Observar las medidas mencionadas minimizará los riesgos durante el balanceo. Recuerde que la seguridad es más importante que la velocidad. Es mejor dedicar más tiempo a la preparación y el control que permitir un accidente. En la práctica del balanceo, se conocen casos en los que ignorar las reglas (por ejemplo, una fijación deficiente del peso) provocó accidentes y lesiones. Por lo tanto, aborde el proceso con responsabilidad: el balanceo no es solo una operación técnica, sino también potencialmente peligrosa, que requiere disciplina y atención.

Sección 3.1: Diagnóstico y superación de la inestabilidad de la medición (lecturas "flotantes")

Síntoma: Durante mediciones repetidas en condiciones idénticas, las lecturas de amplitud y/o fase cambian significativamente ("flotación", "salto"). Esto imposibilita el cálculo de la corrección.

Causa principal: El instrumento no presenta fallas. Informa con precisión que la respuesta vibracional del sistema es inestable e impredecible. La tarea del especialista es encontrar y eliminar la causa de esta inestabilidad.

Algoritmo diagnóstico sistemático:

• Holgura mecánica: Esta es la causa más frecuente. Compruebe el apriete de los pernos de montaje de la caja de rodamientos y los pernos de anclaje del bastidor. Compruebe si hay grietas en la cimentación o el bastidor. Elimine la pata coja.
• Defectos de los cojinetes: El juego interno excesivo en los rodamientos o el desgaste de la carcasa del cojinete permiten que el eje se mueva de forma caótica dentro del soporte, lo que genera lecturas inestables.
• Inestabilidad relacionada con el proceso:
  • Aerodinámicos (ventiladores): El flujo de aire turbulento y la separación del flujo de las aspas pueden provocar efectos de fuerza aleatorios en el impulsor.
  • Hidráulicos (bombas): La cavitación (formación y colapso de burbujas de vapor en un líquido) genera potentes choques hidráulicos aleatorios. Estos choques enmascaran por completo la señal periódica de desequilibrio e imposibilitan el equilibrio.
  • Movimiento interno de masas (trituradoras, molinos): Durante el funcionamiento, el material puede moverse y redistribuirse dentro del rotor, actuando como "desequilibrio móvil".
• Resonancia: Si la velocidad de operación es muy cercana a la frecuencia natural de la estructura, incluso pequeñas variaciones de velocidad (50-100 rpm) provocan cambios considerables en la amplitud y la fase de la vibración. El balanceo en la zona de resonancia es imposible. Es necesario realizar una prueba de desaceleración (al detener la máquina) para determinar los picos de resonancia y seleccionar una velocidad de balanceo alejada de ellos.
• Efectos térmicos: A medida que la máquina se calienta, la expansión térmica puede provocar la flexión del eje o cambios en la alineación, lo que provoca una desviación de la lectura. Es necesario esperar a que la máquina alcance un régimen térmico estable y realizar todas las mediciones a esta temperatura.
• Influencia de los equipos vecinos: Las vibraciones fuertes de las máquinas cercanas en funcionamiento pueden transmitirse a través del suelo y distorsionar las mediciones. Si es posible, aísle la unidad que se está balanceando o detenga la fuente de interferencia.

Sección 3.2: Cuando el equilibrio no ayuda: identificación de defectos de raíz

Síntoma: Se realizó el procedimiento de balanceo; las lecturas son estables, pero la vibración final permanece alta. O bien, el balanceo en un plano empeora la vibración en otro.

Causa principal: El aumento de la vibración no se debe a un simple desequilibrio. El operador intenta solucionar un problema de geometría o fallo de un componente con un método de corrección de masa. En este caso, un intento fallido de equilibrado es una prueba de diagnóstico exitosa que demuestra que el problema no es un desequilibrio.

Utilizando el analizador de espectro para el diagnóstico diferencial:

• Desalineación del eje: La principal señal es un pico de vibración alto a una frecuencia de 2x RPM, a menudo acompañado de un pico significativo a 1x RPM. La alta vibración axial también es característica. Cualquier intento de "equilibrar" la desalineación está condenado al fracaso. Solución: realizar una alineación de ejes de calidad.
• Defectos de los rodamientos: Se manifiesta como vibración de alta frecuencia en el espectro a frecuencias de "cojinete" características (BPFO, BPFI, BSF, FTF) que no son múltiplos de la frecuencia de rotación. La función FFT de los instrumentos Balanset ayuda a detectar estos picos.
• Arco de flecha: Se manifiesta como un pico alto a 1x RPM (similar al desequilibrio), pero a menudo acompañado de un componente notable a 2x RPM y alta vibración axial, lo que hace que la imagen sea similar a una combinación de desequilibrio y desalineación.
• Problemas eléctricos (motores eléctricos): La asimetría del campo magnético (por ejemplo, debido a defectos en las barras del rotor o a la excentricidad del entrehierro) puede causar vibraciones al doble de la frecuencia de alimentación (100 Hz para una red de 50 Hz). Esta vibración no se elimina mediante el equilibrado mecánico.

Un ejemplo de una relación causal compleja es la cavitación en una bomba. La baja presión de entrada provoca la ebullición del líquido y la formación de burbujas de vapor. Su posterior colapso en el impulsor provoca dos efectos: 1) desgaste erosivo de los álabes, que con el tiempo altera el equilibrio del rotor; 2) potentes choques hidráulicos aleatorios que generan un amplio ruido vibratorio, enmascarando por completo la señal útil del desequilibrio y haciendo que las lecturas sean inestables. La solución no es equilibrar, sino eliminar la causa hidráulica: revisar y limpiar la línea de succión, asegurando un margen de cavitación (NPSH) suficiente.

Errores comunes de equilibrio y consejos para prevenirlos

Al balancear rotores, especialmente en condiciones de campo, los principiantes suelen cometer errores típicos. A continuación, se presentan errores comunes y recomendaciones para evitarlos:

Cómo equilibrar un rotor defectuoso o sucio: Uno de los errores más frecuentes es intentar equilibrar un rotor que presenta otros problemas: rodamientos desgastados, holgura, grietas, suciedad adherida, etc. Como resultado, el desequilibrio puede no ser la causa principal de la vibración y, tras largos intentos, la vibración permanece alta. Consejo: compruebe siempre el estado del mecanismo antes de equilibrar.

Peso de prueba demasiado pequeño: Un error común es instalar un peso de prueba con una masa insuficiente. Como resultado, su influencia se ve ahogada por el ruido de la medición: la fase apenas se desplaza, la amplitud cambia solo un pequeño porcentaje y el cálculo del peso correctivo se vuelve impreciso. Consejo: utilice la regla de cambio de vibración 20-30%. A veces es mejor realizar varios intentos con diferentes pesos de prueba (manteniendo la opción más exitosa); el instrumento lo permite; simplemente sobrescribirá el resultado de la primera prueba. También tenga en cuenta que usar un peso de prueba demasiado grande tampoco es recomendable, ya que puede sobrecargar los soportes. Seleccione un peso de prueba con una masa tal que, al instalarlo, la amplitud de vibración 1× cambie al menos un cuarto con respecto a la original. Si después de la primera prueba observa que los cambios son pequeños, aumente la masa del peso de prueba y repita la medición.

Incumplimiento de la constancia del régimen y efectos de resonancia: Si durante el equilibrado entre diferentes ejecuciones, el rotor giró a velocidades significativamente diferentes, o si durante la medición la velocidad fluctuó, los resultados serán incorrectos. Además, si la velocidad se acerca a la frecuencia de resonancia del sistema, la respuesta a la vibración puede ser impredecible (grandes desfases, dispersión de amplitud). El error radica en ignorar estos factores. Consejo: mantenga siempre una velocidad de rotación estable e idéntica durante todas las mediciones. Si el variador tiene regulador, establezca revoluciones fijas (por ejemplo, exactamente 1500 rpm para todas las mediciones). Evite pasar por velocidades críticas de la estructura. Si observa que, entre ejecuciones, la fase salta y la amplitud no se repite en las mismas condiciones, sospeche que se trata de una resonancia. En tal caso, intente reducir o aumentar la velocidad en 10-15% y repita las mediciones, o modifique la rigidez de la instalación de la máquina para atenuar la resonancia. La tarea consiste en sacar el régimen de medición de la zona de resonancia; de lo contrario, el equilibrado no tiene sentido.

Errores de fase y marca: A veces, el usuario se confunde con las mediciones angulares. Por ejemplo, indica incorrectamente desde dónde calcular el ángulo de instalación de la pesa. Como resultado, la pesa se instala en un lugar diferente al calculado por el instrumento. Consejo: supervise cuidadosamente la determinación del ángulo. En Balanset-1A, el ángulo de la pesa correctiva se mide generalmente desde la posición de la pesa de prueba en la dirección de rotación. Es decir, si el instrumento muestra, por ejemplo, "Plano 1: 45°", significa que, desde el punto donde se encontraba la pesa de prueba, se deben medir 45° en la dirección de rotación. Por ejemplo, las manecillas del reloj giran en el sentido horario y el rotor en el mismo sentido, por lo que 90 grados estarán donde se encuentren las 3 en punto en la esfera. Algunos instrumentos (o programas) pueden medir la fase desde la marca o en la dirección opuesta; consulte siempre las instrucciones específicas del dispositivo. Para evitar confusiones, puede marcar directamente en el rotor: marque la posición de la pesa de prueba como 0°, luego indique la dirección de rotación con una flecha y, con un transportador o una plantilla de papel, mida el ángulo para la pesa permanente.

Atención: durante el balanceo, el tacómetro no se puede mover. Debe apuntar siempre al mismo punto de la circunferencia. Si la marca de fase se desplaza o se reinstala el sensor de fase, la imagen de fase se verá alterada.

Fijación incorrecta o pérdida de pesas: Puede ocurrir que, con las prisas, el peso se atornille mal y, al siguiente arranque, se caiga o se desplace. En ese caso, todas las mediciones de esta prueba son inútiles y, lo más importante, peligrosas. O bien, otro error: olvidar retirar el peso de prueba cuando la metodología lo requiere, y como resultado, el instrumento cree que no está, pero permanece en el rotor (o viceversa: el programa esperaba que lo dejara, pero usted lo retiró). Consejo: siga estrictamente la metodología elegida; si requiere retirar el peso de prueba antes de instalar el segundo, retírelo y no lo olvide. Utilice una lista de verificación: "Peso de prueba 1 retirado, peso de prueba 2 retirado". Antes de realizar el cálculo, asegúrese de que no haya masas sobrantes en el rotor. Al colocar los pesos, compruebe siempre su fiabilidad. Es mejor dedicar 5 minutos adicionales a taladrar o apretar los tornillos que buscar después la pieza expulsada. Nunca se sitúe en el área de posible expulsión del peso durante el centrifugado; esto es una regla de seguridad y también en caso de error.

No utilizar las capacidades del instrumento: Algunos operadores ignoran, sin darse cuenta, las útiles funciones del Balanset-1A. Por ejemplo, no guardan los coeficientes de influencia de rotores similares ni utilizan los gráficos de desaceleración por inercia ni el modo espectro si el instrumento los ofrece. Consejo: familiarícese con el manual del instrumento y utilice todas sus opciones. El Balanset-1A puede generar gráficos de los cambios de vibración durante la desaceleración por inercia (útil para la detección de resonancia), realizar análisis espectrales (que ayudan a garantizar que predomine el armónico 1x) e incluso medir la vibración relativa del eje mediante sensores sin contacto, si están conectados. Estas funciones pueden proporcionar información valiosa. Además, los coeficientes de influencia guardados permitirán equilibrar un rotor similar la próxima vez sin pesas de prueba; una sola pasada será suficiente, ahorrando tiempo.

En resumen, es más fácil prevenir cualquier error que corregirlo. Una preparación meticulosa, un estricto cumplimiento de la metodología de medición, el uso de medios de fijación fiables y la aplicación de la lógica del instrumento son claves para un equilibrado rápido y exitoso. Si algo falla, no dude en interrumpir el proceso, analizar la situación (posiblemente con la ayuda de un diagnóstico de vibraciones) y solo entonces continuar. El equilibrado es un proceso iterativo que requiere paciencia y precisión.

Ejemplo de configuración y calibración en la práctica:

Imaginemos que necesitamos equilibrar los rotores de dos unidades de ventilación idénticas. La configuración del instrumento se realiza para el primer ventilador: instalamos el software, conectamos los sensores (dos en soportes, uno óptico en una plataforma), preparamos el ventilador para el arranque (retiramos la carcasa, aplicamos la marca). Balanceamos el primer ventilador con pesas de prueba; el instrumento calcula y sugiere una corrección; la instalamos y conseguimos una reducción de vibración según los estándares. A continuación, guardamos el archivo de coeficientes (a través del menú del instrumento). Ahora, al pasar al segundo ventilador idéntico, podemos cargar este archivo. El instrumento solicitará realizar inmediatamente una prueba de control (esencialmente, la medición de la Prueba 0 para el segundo ventilador) y, utilizando los coeficientes previamente cargados, proporcionamos inmediatamente las masas y los ángulos de las pesas correctivas para el segundo ventilador. Instalamos las pesas, arrancamos y conseguimos una reducción significativa de la vibración desde el primer intento, generalmente dentro de la tolerancia. Por lo tanto, la configuración del instrumento con el almacenamiento de los datos de calibración en la primera máquina permitió reducir drásticamente el tiempo de equilibrado para la segunda. Por supuesto, si la vibración del segundo ventilador no se reduce según los estándares, se pueden realizar ciclos adicionales con pesas de prueba individualmente, pero a menudo los datos guardados son suficientes.

Equilibrio de los estándares de calidad

Parte IV: Preguntas frecuentes y notas de aplicación

En esta sección se resumen consejos prácticos y se responden las preguntas que surgen con mayor frecuencia entre los especialistas en condiciones de campo.

Sección 4.1: Preguntas frecuentes generales (FAQ)

¿Cuándo utilizar el equilibrio de 1 plano y cuándo el de 2 planos?
Utilice el equilibrio de 1 plano (estático) para rotores estrechos con forma de disco (relación L/D < 0,25) donde el desequilibrio de par es insignificante. Utilice el equilibrado en dos planos (dinámico) para prácticamente todos los demás rotores, especialmente con una relación L/D > 0,25 o funcionando a altas velocidades.

¿Qué hacer si el peso de prueba provoca un aumento peligroso de la vibración?
Detenga la máquina inmediatamente. Esto significa que el peso de prueba se instaló cerca del punto de peso existente, agravando el desequilibrio. La solución es sencilla: mueva el peso de prueba 180 grados desde su posición original.

¿Se pueden utilizar los coeficientes de influencia guardados para otra máquina?
Sí, pero solo si la otra máquina es absolutamente idéntica: mismo modelo, mismo rotor, misma base, mismos rodamientos. Cualquier cambio en la rigidez estructural modificará los coeficientes de influencia, invalidándolos. La mejor práctica es realizar siempre nuevas pruebas con cada máquina nueva.

¿Cómo contabilizar las ranuras de chaveta? (ISO 8821)
La práctica habitual (a menos que se especifique lo contrario en la documentación) es utilizar una media chaveta en el chavetero del eje al equilibrar sin la pieza de acoplamiento. Esto compensa la masa de la parte de la chaveta que llena la ranura del eje. Usar una chaveta completa o equilibrar sin chaveta resultará en un conjunto incorrectamente equilibrado.

¿Cuáles son las medidas de seguridad más importantes?

• Seguridad eléctrica: Utilice un esquema de conexión con dos interruptores secuenciales para evitar el descontrol accidental del rotor. Aplique procedimientos de bloqueo y etiquetado (LOTO) al instalar contrapesos. El trabajo debe realizarse bajo supervisión y el área de trabajo debe estar acordonada.
• Seguridad mecánica: No trabaje con ropa suelta con elementos que revoloteen. Antes de comenzar, asegúrese de que todas las protecciones estén colocadas. Nunca toque las piezas giratorias ni intente frenar el rotor manualmente. Asegúrese de que los pesos correctivos estén bien fijados para que no se conviertan en proyectiles.
• Cultura general de producción: Mantenga limpio el lugar de trabajo, no obstruya los pasillos.

Sección 4.2: Guía de equilibrio para tipos de equipos específicos

Ventiladores industriales y extractores de humos:

• Problema: Más susceptible al desequilibrio debido a la acumulación de producto en las cuchillas (aumento de masa) o al desgaste abrasivo (pérdida de masa).
• Procedimiento: Limpie siempre a fondo el impulsor antes de empezar a trabajar. El equilibrado puede requerir varias etapas: primero el impulsor y luego el montaje con el eje. Preste atención a las fuerzas aerodinámicas que pueden causar inestabilidad.

Zapatillas:

• Problema: Enemigo principal - cavitación.
• Procedimiento: Antes de equilibrar, asegúrese de que haya suficiente margen de cavitación en la entrada (NPSHa). Compruebe que la tubería de succión o el filtro no estén obstruidos. Si escucha un ruido característico de "grava" y la vibración es inestable, primero solucione el problema hidráulico.

Trituradoras, trituradoras y desbrozadoras:

• Problema: Desgaste extremo, posibilidad de desequilibrios bruscos y significativos debido a la rotura o el desgaste del martillo/batidor. Los rotores son pesados y operan bajo cargas de alto impacto.
• Procedimiento: Compruebe la integridad y la fijación de los elementos de trabajo. Debido a la fuerte vibración, podría ser necesario anclar el bastidor de la máquina al suelo para obtener lecturas estables.

Armadura de motores eléctricos:

• Problema: Puede tener fuentes de vibración tanto mecánicas como eléctricas.
• Procedimiento: Utilice un analizador de espectro para comprobar si hay vibraciones al doble de la frecuencia de alimentación (p. ej., 100 Hz). Su presencia indica un fallo eléctrico, no un desequilibrio. Para armaduras de motores de CC y motores de inducción, se aplica el procedimiento estándar de equilibrado dinámico.

Conclusión

El balanceo dinámico de rotores in situ mediante instrumentos portátiles como el Balanset-1A es una herramienta eficaz para aumentar la fiabilidad y la eficiencia del funcionamiento de los equipos industriales. Sin embargo, como demuestran los análisis, el éxito de este procedimiento depende no tanto del instrumento en sí, sino de la cualificación del especialista y la capacidad de aplicar un enfoque sistemático.

Las conclusiones clave de esta guía se pueden reducir a varios principios fundamentales:

La preparación determina el resultado: Una limpieza exhaustiva del rotor, la comprobación del estado de los cojinetes y de los cimientos y un diagnóstico preliminar de vibraciones para excluir otros defectos son condiciones obligatorias para un equilibrado exitoso.

El cumplimiento de las normas es la base de la calidad y la protección legal: La aplicación de la norma ISO 1940-1 para determinar tolerancias de desequilibrio residual transforma la evaluación subjetiva en un resultado objetivo, medible y legalmente significativo.

El instrumento no es sólo un equilibrador sino también una herramienta de diagnóstico: La incapacidad de equilibrar un mecanismo o la inestabilidad de la lectura no son fallos del instrumento, sino signos diagnósticos importantes que indican la presencia de problemas más graves, como desalineación, resonancia, defectos de cojinetes o violaciones tecnológicas.

Comprender la física de procesos es clave para resolver tareas no estándar: El conocimiento de las diferencias entre rotores rígidos y flexibles, la comprensión de la influencia de la resonancia, las deformaciones térmicas y los factores tecnológicos (por ejemplo, la cavitación) permite a los especialistas tomar decisiones correctas en situaciones donde las instrucciones estándar paso a paso no funcionan.

Por lo tanto, un balance de campo eficaz es la síntesis de mediciones precisas realizadas con instrumentos modernos y un enfoque analítico profundo basado en el conocimiento de la teoría de vibraciones, las normas y la experiencia práctica. Seguir las recomendaciones de esta guía permitirá a los especialistas técnicos no solo realizar con éxito tareas típicas, sino también diagnosticar y resolver eficazmente problemas complejos y significativos de vibración en equipos rotatorios.