Qué significa realmente el grado G2.5 y de dónde sale el número
El grado de calidad de balanceo lo define la norma ISO 21940-11:2016 (Balanceo mecánico de rotores rígidos), que reemplazó a la conocida ISO 1940-1. La letra G va seguida de un número, y ese número no es una vibración que midas con acelerómetro: es la velocidad orbital, en milímetros por segundo, con la que el centro de masa del rotor describe su órbita a la velocidad de servicio. En un G2.5, ese centro de masa no debe orbitar a más de 2.5 mm/s cuando el rotor gira a sus RPM nominales.
La relación es directa: G = eper x Omega / 1000, donde eper es el desbalance específico permisible (en g-mm por kg de rotor, equivalente a micrómetros de excentricidad del centro de masa) y Omega es la velocidad angular en rad/s. Por eso el mismo grado G se traduce en tolerancias distintas según qué tan rápido gire la máquina: la clase fija la velocidad orbital, no los gramos.
Para llevarlo a algo que se corrige en la máquina de balanceo, se usa el desbalance residual permisible total: Uper = 9549 x G x m / n, con Uper en g-mm, m la masa del rotor en kg y n la velocidad en RPM. Un rotor pesado y lento tolera más g-mm que uno ligero y veloz para la misma clase G. Esto explica por qué un rotor de 2 polos (3600 rpm) exige un balanceo mucho más fino en g-mm que uno de 8 polos a la misma clase.
Los grados de calidad ISO 21940: de G6.3 a G0.4 y dónde cae un motor
La norma escalona los grados en pasos de aproximadamente 2.5x. Cada grado cubre un tipo de máquina según su velocidad y su sensibilidad a la vibración. Elegir el grado no es capricho: un grado demasiado holgado deja vibración residual que castiga rodamientos; uno demasiado fino encarece el trabajo sin beneficio real para esa aplicación.
En rotores de motores eléctricos el rango de trabajo típico va de G6.3 a G1.0. Un rotor de motor estándar de baja velocidad suele especificarse G6.3; conforme sube la velocidad o la exigencia de vibración baja, se pide G2.5, y equipos de precisión o alta velocidad llegan a G1.0. En un taller serio, la clase objetivo se acuerda con el requerimiento del cliente y con lo que exige el OEM para ese equipo, no se asume.
- G6.3: rotores de maquinaria general, motores eléctricos estándar, ventiladores, bombas de proceso normal.
- G2.5: motores eléctricos de mediana y alta velocidad, turbinas de gas y vapor pequeñas, rotores de accionamientos exigentes, bombas de alta velocidad.
- G1.0: accionamientos de precisión, husillos de máquina-herramienta, motores de alta exigencia de vibración.
- G0.4: husillos de rectificadoras de precisión, giroscopios; el extremo fino de la escala.
- G16 a G40: cardanes, cigüeñales, tambores; el extremo grueso, donde la vibración residual importa menos.
Desbalance residual y por qué el balanceo protege rodamientos y devanados
Ningún rotor queda en cero. El balanceo corrige la distribución de masa hasta bajar el desbalance por debajo de la tolerancia de la clase, pero siempre queda un desbalance residual: lo que no se alcanzó a corregir dentro del límite permisible. La clase G es precisamente el techo aceptable de ese residual. Por eso, cuando alguien dice que un rotor quedó balanceado a G2.5, está diciendo que su desbalance residual verificado quedó dentro de la tolerancia G2.5, no que quedó perfecto.
La física de por qué importa es simple y despiadada: un desbalance residual U genera una fuerza centrífuga F = U x Omega al cuadrado. Esa fuerza crece con el cuadrado de la velocidad y gira con el rotor, aplicando una carga dinámica que se suma a la carga de servicio en cada vuelta, miles de veces por minuto. Los rodamientos la reciben directo. La vida nominal L10 de un balero cae de forma no lineal con la carga dinámica equivalente, así que un residual que parece pequeño en el reporte se traduce en horas de vida perdidas.
El daño no se queda en el balero. La misma vibración fatiga el aislamiento del devanado en las zonas de amarre, afloja cuñas de ranura, agrieta soldaduras de anillos de cortocircuito en rotores de jaula y suelta las conexiones de las barras. Un rotor bien balanceado es, en la práctica, un seguro para el rebobinado (o embobinado, como se dice indistintamente en México) que se acaba de hacer: no tiene sentido reconstruir un devanado y luego destruirlo con vibración mecánica evitable. Por eso el balanceo del rotor y la evaluación del aislamiento (resistencia de aislamiento e índice de polarización por IEEE 43, rigidez dieléctrica del esmalte de vuelta a vuelta según los principios de IEEE 522) forman parte del mismo criterio de calidad al reconstruir un motor.
Balanceo en banco vs en campo: no compiten, se complementan
El balanceo en banco (o de taller) se hace en una máquina balanceadora, con el rotor extraído, aislado del estator y del resto del conjunto. La máquina hace girar el rotor sobre sus propios chumaceras de la balanceadora, mide la amplitud y el ángulo del desbalance en dos planos de corrección y calcula exactamente cuánta masa quitar (esmerilado, barrenado) o agregar (contrapesos, soldadura) y en qué posición angular. Es el método para llevar un rotor a una clase ISO 21940 verificable y repetible, porque controlas las variables.
El balanceo en campo se hace con la máquina ya montada e instalada, en su sitio, girando en condiciones reales. Se instrumenta con acelerómetros y fototacómetro, se corre, se colocan pesos de prueba y se calculan los pesos de corrección con los coeficientes de influencia. Corrige el desbalance del conjunto completo tal como opera: rotor, acoplamiento, ventilador, poleas y el efecto del propio montaje. Es indispensable cuando el desbalance aparece por el ensamble o cuando desarmar no es opción.
La diferencia de fondo: el banco balancea una pieza en condiciones controladas; el campo balancea un sistema en condiciones reales. Un rotor puede salir impecable a G2.5 en banco y aun así vibrar montado por desalineación, resonancia estructural, pata coja o un acoplamiento fuera de tolerancia. Por eso el criterio correcto es balancear el rotor en banco a su clase, montar, alinear, y verificar la vibración del conjunto contra los límites de la máquina (IEC 60034-14 y NEMA MG-1 Parte 7 para motores eléctricos, que además fijan el convenio de media cuña en el chavetero durante el balanceo). Si el conjunto sigue fuera de límite, entonces se afina en campo.
- Banco: rotor aislado, dos planos, corrección precisa a clase ISO 21940, verificable y repetible.
- Campo: conjunto montado, condiciones reales, corrige desbalance de ensamble y efectos de instalación.
- Convenio de chaveta (media cuña, NEMA MG-1 / IEC 60034-14): obligatorio para que el balanceo del rotor sea coherente con el elemento acoplado.
- Verificación final: vibración del conjunto contra IEC 60034-14 / NEMA MG-1, no solo el reporte de banco del rotor.
Cómo se verifica y documenta un balanceo bien hecho
Un balanceo entregable no termina en dejar de esmerilar: termina en un reporte. La máquina balanceadora documenta el desbalance inicial y el residual final en cada plano de corrección, con amplitud y ángulo, y demuestra que el residual quedó por debajo del Uper calculado para la clase G y la masa del rotor. Ese número es el que hay que exigir, porque es objetivo: no depende de la percepción de vibración sino del cálculo de la norma.
En la reconstrucción de un motor, el balanceo se cierra dentro de la cadena completa de pruebas: pruebas de aislamiento del devanado, verificación dimensional y del chavetero, balanceo del rotor a su clase, montaje, alineación láser y prueba de vibración del conjunto. Cada eslabón protege al siguiente. Saltarse el balanceo, o aceptarlo sin reporte, es dejar una bomba de tiempo mecánica dentro de un motor que por lo demás quedó bien.
En TEMISA reconstruimos motores de media y alta tensión de múltiples marcas (ABB, Siemens, WEG, Toshiba, US Motors, Baldor, entre otras) como taller independiente y aliado del OEM, aplicando el marco EASA AR100 y con calificación vigente CFE LAPEM bajo la especificación W6000-20 para motores y certificación ISO 9001:2015. El balanceo del rotor a la clase ISO 21940 que exige cada equipo, con reporte de desbalance residual, es parte del entregable, no un extra. Para atender emergencias operamos con respuesta en 24 horas. Cuando el equipo es un generador, el trabajo lo lleva nuestra división TEMISA POWER GEN, y en transformadores y subestaciones, TEVKO.