Balanceo de rotores: estático, dinámico y corrección

¡Bienvenidos nuevamente al blog de Welectronic! Un ventilador, una bomba, un rotor de motor o una polea con el centro de masa desplazado del eje de giro vibra, y esa vibración se come rodamientos, sellos y cimentaciones. El balanceo corrige esa distribución de masa. Aquí verás los tipos de desequilibrio, cómo se calcula la fuerza centrífuga, la diferencia entre balancear en uno y dos planos, cómo calcular el peso de corrección y qué criterios usar para dar un rotor por balanceado.

1. Tipos de desequilibrio

Desequilibrio estático, de par y dinámico con sus síntomas, y parámetros clave: masa, radio, fase y velocidad con la fuerza centrífuga — Tipos de desequilibrio y parámetros clave. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Estático (de masa): el centro de masa no coincide con el eje de rotación. Produce una fuerza centrífuga radial. Síntomas: vibración radial a 1× rpm elevada y sin momento de vuelco; los dos apoyos vibran en fase.
De par (couple): dos masas iguales y opuestas en lados diferentes del rotor generan un momento de vuelco. Síntomas: vibración radial a 1× rpm con picos altos en ambos apoyos y fases desfasadas 180°.
Dinámico (combinado): el centro de masa está desplazado y, además, existe un momento de par. Síntomas: vibración radial y axial a 1× rpm, con diferencia de fase y de magnitud entre apoyos.

Parámetros clave: la masa desequilibrada (m, kg), su radio (r, m), su fase (φ, el ángulo respecto a una referencia) y la velocidad (n). La fuerza crece con el cuadrado de la velocidad:

F_c = m · r · ω² ω = 2π · n (n en rev/s)

donde F_c está en N, m en kg, r en m, ω en rad/s y n en rev/s (rpm / 60). El producto U = m · r se llama desequilibrio (kg·m, o g·mm en la práctica).

Gráfico de la fuerza centrífuga de un desequilibrio de 0,01 kg·m en función de las rpm: 60 N a 740 rpm, 240 N a 1480 rpm y 961 N a 2960 rpm — Diagrama original: la fuerza centrífuga crece con el cuadrado de la velocidad.

2. Balanceo en uno y dos planos

Balanceo en un plano y en dos planos, con su comparación según longitud del rotor, tipo de desequilibrio y precisión — Balanceo en uno y dos planos. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Un plano: se corrige el desequilibrio en un solo plano, ubicado en el centro del rotor. Adecuado para rotores cortos y rígidos (discos, poleas, ventiladores angostos). Corrige principalmente el desequilibrio estático. Precisión media.
Dos planos: se corrige en dos planos axialmente separados. Requerido para rotores largos o flexibles; corrige el desequilibrio dinámico (fuerza y par). Precisión alta.

Como regla práctica, un rotor en forma de disco (largo menor que aproximadamente la mitad del diámetro) y de velocidad moderada suele balancearse en un plano; si es más largo, o si tras un plano queda vibración en un apoyo, pasa a dos planos.

3. Pesos de corrección

Tipos de pesos de corrección (agregados, removibles e integrales), cálculo básico del peso de corrección y cómo colocarlo — Pesos de corrección: tipos, cálculo y colocación. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Pesos agregados: se añaden masas (abrazaderas, tornillos, soldadura de contrapesos).
Pesos removibles: se retira material por taladrado o fresado.
Pesos integrales: contrapesos diseñados o fundidos en el rotor.

m_c = U / r_c U = m · r

Donde m_c es la masa de corrección, U el desequilibrio y r_c el radio del plano de corrección. Cómo colocar: si agregas masa, ponla a 180° del punto pesado, medido desde la referencia (0°) en el sentido indicado; si retiras material, hazlo en el propio punto pesado.

Corrección sobre el póster: el póster muestra U = m · r = V / ω² (V = amplitud de vibración). Esa expresión no es dimensionalmente correcta (la amplitud V dividida entre ω² no da kg·m) y no permite obtener U de un solo valor de vibración. En campo, U se determina con el método del peso de prueba (coeficiente de influencia) o con la balanceadora, que mide amplitud y fase.

4. Procedimiento, seguridad y verificación

Procedimiento de balanceo en seis pasos, medidas de seguridad, verificación final y criterios de aceptación — Procedimiento, seguridad y verificación final. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Inspección previa: estado de rodamientos, sujeciones y superficies.
Montaje en la máquina: instala el rotor y verifica la alineación.
Prueba inicial: acelera a la velocidad de trabajo y mide vibración y fase a 1× rpm.
Cálculo del desequilibrio: determina magnitud (U) y ángulo (φ) en cada plano.
Colocar pesos: añade o retira el peso calculado en el ángulo indicado.
Verificación: repite la medición y ajusta hasta cumplir la tolerancia.

Seguridad: protecciones en el equipo; asegura el rotor y los accesorios; no excedas la velocidad máxima especificada; mantén la zona limpia y libre de obstáculos; usa EPP (gafas, guantes y calzado); detén totalmente el equipo antes de intervenir.

Señales de balanceo correcto: disminuye la vibración a 1× rpm, las lecturas de ambos apoyos son similares, la fase es estable y repetible, y la operación es más suave y silenciosa.

Corrección sobre los criterios de aceptación: el póster presenta una tabla con "clase G 2,5 = 1,12 mm/s RMS; G 6,3 = 2,80; G 16 = 7,10; G 40 = 18,0" bajo ISO 21940-11. Esos valores (1,12; 2,8; 7,1; 18 mm/s) son límites de severidad de vibración (ISO 10816/20816), no clases G. La clase G de ISO 21940-11 es el producto e · ω (excentricidad permisible × velocidad angular, en mm/s) y define el desequilibrio residual permisible: G 2,5 (rotores de turbinas, compresores, rotores de precisión), G 6,3 (bombas, ventiladores, rotores de motores eléctricos en general) y G 16 o G 40 (ejes cardán, cigüeñales de motores de baja velocidad, entre otros).

e_per (µm) = 9.549 · G / n (rpm) U_per (g·mm) = e_per (µm) · M (kg)

La vibración residual aceptable, por su parte, se juzga con ISO 20816 según el tipo de máquina.

5. Selección rápida y fallas comunes

Tabla de selección rápida del tipo de balanceo según la situación y fallas comunes durante el balanceo — Selección rápida y fallas comunes. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Rotor corto y rígido: balanceo en un plano; máquina de balanceo estática o dinámica.
Rotor largo o flexible: balanceo en dos planos; máquina dinámica de dos planos.
Desequilibrio estático leve: agregar o remover peso, un plano, balanceadora estática.
Desequilibrio dinámico: dos planos, balanceadora dinámica.
Alta precisión requerida: balanceo dinámico fino, dos planos con corrida de verificación y análisis de fase.

Fallas comunes: no fijar bien el rotor a la máquina, medir a velocidad distinta a la de trabajo, usar referencias de fase incorrectas, colocar el peso en el ángulo equivocado, no considerar el cambio de masa por accesorios (chavetas, tornillos), ignorar la influencia de rodamientos dañados y no verificar después de corregir.

✅ 5 Problemas Resueltos

Problema 1: Una masa desequilibrada de 50 g está a 0,20 m del eje de un rotor que gira a 1.480 rpm. Calcula la fuerza centrífuga.

Solución:
n = 1.480 / 60 = 24,67 rev/s → ω = 2π · 24,67 = 155,0 rad/s
F_c = m · r · ω² = 0,05 · 0,20 · 155,0² = ≈ 240 N

Problema 2: Si el mismo rotor se acelera a 2.960 rpm (el doble), ¿cuál es la nueva fuerza?

Solución:
La fuerza crece con ω²: el doble de velocidad da 4 veces la fuerza.
F_c = 4 · 240 ≈ 961 N

Problema 3: En un rotor corto se detecta un punto pesado equivalente a 20 g a 150 mm del eje. Si el plano de corrección está a r_c = 250 mm, ¿qué masa de corrección agregas y dónde?

Solución:
U = m · r = 20 g · 150 mm = 3.000 g·mm
m_c = U / r_c = 3.000 / 250 = 12 g, colocados a 180° del punto pesado.

Problema 4: Un rotor de motor de 50 kg gira a 3.000 rpm y requiere clase G 6,3. ¿Cuál es el desequilibrio residual permisible?

Solución:
e_per = 9.549 · 6,3 / 3.000 = 20,05 µm
U_per = 20,05 µm · 50 kg = ≈ 1.003 g·mm (en total; si balanceas en dos planos, se reparte, por ejemplo, la mitad en cada uno).

Problema 5: Método del peso de prueba en un plano: vibración inicial 5,0 mm/s a 40°; con un peso de prueba de 20 g a 0° la vibración pasa a 6,0 mm/s a 100°. ¿Qué peso de corrección y ángulo se necesitan?

Solución:
Efecto del peso de prueba: T = (6,0∠100°) − (5,0∠40°), que tiene módulo 5,57 mm/s.
Coeficiente de influencia α = T / 20 g.
Corrección = −O / α → ≈ 18,0 g a 69° (retira antes el peso de prueba; el ángulo se mide desde la posición donde lo pusiste, 0°, en el mismo sentido en que se miden las fases).

🏋️ 5 Ejercicios Propuestos

Ejercicio 1: Un desequilibrio de 100 g a 0,10 m de radio gira a 3.000 rpm. ¿Qué fuerza centrífuga genera?

ω = 2π · 50 = 314,16 rad/s; F_c = 0,1 · 0,1 · 314,16² = ≈ 987 N

Ejercicio 2: Un rotor de 20 kg gira a 6.000 rpm con clase G 2,5. Calcula e_per y U_per.

e_per = 9.549 · 2,5 / 6.000 = 3,98 µm; U_per = 3,98 · 20 = ≈ 79,6 g·mm

Ejercicio 3: El desequilibrio es U = 4.500 g·mm y el radio del plano de corrección es 300 mm. ¿Qué masa de corrección se necesita?

m_c = 4.500 / 300 = 15 g

Ejercicio 4: ¿Qué tipo de balanceo eliges para el eje largo de un ventilador y cuál para una polea delgada y rígida?

Eje largo: dos planos. Polea delgada y rígida: un plano.

Ejercicio 5: Mides vibración radial 1× alta en los dos apoyos y las fases están desfasadas 180° entre ellos. ¿Qué tipo de desequilibrio sospechas?

Desequilibrio de par (couple); si además hay componente axial y fases intermedias, será dinámico. Se corrige en dos planos.