ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL CONSUMO
ENERGÉTICO EN SISTEMAS MECÁNICOS
DESBALANCEADOS, MEDIANTE UN
BANCO DE PRUEBAS
EXPERIMENTAL STUDY OF ENERGY CONSUMPTION
IN UNBALANCED MECHANICAL SYSTEMS, USING A
TEST BENCH
Ariel Pablo Mamani Duran
Universidad Mayor de San Andrés, Bolivia
Alejandro Martin Mayori Machica
Universidad Mayor de San Andrés, Bolivia
pág. 934
DOI:
Estudio Experimental del Consumo Energético en Sistemas Mecánicos
Desbalanceados, Mediante un Banco de Pruebas
Ariel Pablo Mamani Duran1
apmamani4@umsa.com
https://orcid.org/0009-0006-2087-9261
Facultad de Ingeniería
Universidad Mayor de San Andrés- UMSA
Bolivia
Alejandro Martin Mayori Machica
amayori@umsa.bo
https://orcid.org/0009-0009-9744-1147
Facultad de Ingeniería
Universidad Mayor de San Andrés -UMSA
Bolivia
RESUMEN
El presente trabajo analiza el efecto del desbalance mecánico sobre el consumo energético en sistemas
rotativos, a partir de ensayos realizados en un banco de pruebas bajo condiciones controladas. Para ello,
se generaron distintos niveles de desbalance mediante la incorporación de masas en el rotor,
registrándose variables como el consumo eléctrico, la velocidad de operación y los niveles de vibración.
Se realizaron comparaciones entre el estado balanceado y diferentes condiciones de desbalance, con el
fin de identificar variaciones en el comportamiento del sistema. Los resultados muestran una tendencia
clara de aumento en el consumo energético a medida que se incrementa el desbalance, así como una
relación directa con el crecimiento de las vibraciones. Asimismo, se evidenció que incluso pequeñas
desviaciones en el balance pueden influir en la eficiencia del sistema. En este sentido, se resalta la
importancia del control del desbalance como parte de las estrategias de mantenimiento orientadas a
mejorar el rendimiento energético.
Palabras clave: desbalance mecánico; consumo energético; sistemas rotativos; vibraciones.
1 Autor principal.
Correspondencia: apmamani4@umsa.com
DOI:
Estudio Experimental del Consumo Energético en Sistemas Mecánicos
Desbalanceados, Mediante un Banco de Pruebas
Ariel Pablo Mamani Duran1
apmamani4@umsa.com
https://orcid.org/0009-0006-2087-9261
Facultad de Ingeniería
Universidad Mayor de San Andrés- UMSA
Bolivia
Alejandro Martin Mayori Machica
amayori@umsa.bo
https://orcid.org/0009-0009-9744-1147
Facultad de Ingeniería
Universidad Mayor de San Andrés -UMSA
Bolivia
RESUMEN
El presente trabajo analiza el efecto del desbalance mecánico sobre el consumo energético en sistemas
rotativos, a partir de ensayos realizados en un banco de pruebas bajo condiciones controladas. Para ello,
se generaron distintos niveles de desbalance mediante la incorporación de masas en el rotor,
registrándose variables como el consumo eléctrico, la velocidad de operación y los niveles de vibración.
Se realizaron comparaciones entre el estado balanceado y diferentes condiciones de desbalance, con el
fin de identificar variaciones en el comportamiento del sistema. Los resultados muestran una tendencia
clara de aumento en el consumo energético a medida que se incrementa el desbalance, así como una
relación directa con el crecimiento de las vibraciones. Asimismo, se evidenció que incluso pequeñas
desviaciones en el balance pueden influir en la eficiencia del sistema. En este sentido, se resalta la
importancia del control del desbalance como parte de las estrategias de mantenimiento orientadas a
mejorar el rendimiento energético.
Palabras clave: desbalance mecánico; consumo energético; sistemas rotativos; vibraciones.
1 Autor principal.
Correspondencia: apmamani4@umsa.com
pág. 935
Experimental Study of Energy Consumption in Unbalanced Mechanical
Systems, Using a Test Bench
ABSTRACT
This paper analyzes the effect of mechanical imbalance on energy consumption in rotating systems,
based on tests conducted on a test bench under controlled conditions. Different levels of imbalance were
generated by adding weights to the rotor, and variables such as electrical consumption, operating speed,
and vibration levels were recorded. Comparisons were made between the balanced state and different
imbalance conditions to identify variations in system behavior. The results show a clear trend of
increased energy consumption as imbalance increases, as well as a direct relationship with vibration
levels. Furthermore, it was shown that even small deviations in balance can influence system efficiency.
In this regard, the importance of imbalance control as part of maintenance strategies aimed at improving
energy performance is highlighted.
Keywords: mechanical imbalance; energy consumption; rotating systems; vibrations.
Artículo recibido 25 marzo 2026
Aceptado para publicación: 25 abril 2026
Experimental Study of Energy Consumption in Unbalanced Mechanical
Systems, Using a Test Bench
ABSTRACT
This paper analyzes the effect of mechanical imbalance on energy consumption in rotating systems,
based on tests conducted on a test bench under controlled conditions. Different levels of imbalance were
generated by adding weights to the rotor, and variables such as electrical consumption, operating speed,
and vibration levels were recorded. Comparisons were made between the balanced state and different
imbalance conditions to identify variations in system behavior. The results show a clear trend of
increased energy consumption as imbalance increases, as well as a direct relationship with vibration
levels. Furthermore, it was shown that even small deviations in balance can influence system efficiency.
In this regard, the importance of imbalance control as part of maintenance strategies aimed at improving
energy performance is highlighted.
Keywords: mechanical imbalance; energy consumption; rotating systems; vibrations.
Artículo recibido 25 marzo 2026
Aceptado para publicación: 25 abril 2026
pág. 936
INTRODUCCIÓN
Los sistemas mecánicos rotativos son componentes fundamentales en la industria moderna, presentes
en aplicaciones como turbinas, motores eléctricos, bombas y compresores, donde su desempeño influye
directamente en la eficiencia global de los procesos productivos (Norton, 2011; Rao, 2017).
Figura N° 1 Modo o mecanismo de falla
Fuente: https://noria.mx/lube-learn/lubricacion-maquinaria-lube-learn/certificacion-mlti/por-que-falla-la-maquinaria/
En este contexto, la confiabilidad operativa y la eficiencia energética se han convertido en factores
críticos dentro de la ingeniería moderna, especialmente en escenarios industriales donde la reducción
del consumo energético es una prioridad estratégica (International Energy Agency, 2021; ISO, 2018).
Uno de los problemas más comunes en maquinaria rotativa es el desbalance mecánico, el cual ocurre
cuando la distribución de masa del rotor no es uniforme respecto a su eje de rotación (Ehrich, 1999;
Childs, 2011). Esta condición genera fuerzas centrífugas no equilibradas que producen vibraciones
excesivas, aumentando las cargas dinámicas sobre componentes como rodamientos y ejes (Vance, 1988;
Harris & Kotzalas, 2006).
El análisis de vibraciones ha sido ampliamente utilizado como herramienta para el diagnóstico de fallas
en sistemas rotativos, permitiendo identificar condiciones como desbalance, desalineación y defectos
en rodamientos (Randall, 2011; Randall & Antoni, 2011). En este sentido, el monitoreo basado en
vibraciones se ha consolidado como una técnica clave dentro del mantenimiento predictivo moderno
(Mobley, 2002; Jardine et al., 2006).
INTRODUCCIÓN
Los sistemas mecánicos rotativos son componentes fundamentales en la industria moderna, presentes
en aplicaciones como turbinas, motores eléctricos, bombas y compresores, donde su desempeño influye
directamente en la eficiencia global de los procesos productivos (Norton, 2011; Rao, 2017).
Figura N° 1 Modo o mecanismo de falla
Fuente: https://noria.mx/lube-learn/lubricacion-maquinaria-lube-learn/certificacion-mlti/por-que-falla-la-maquinaria/
En este contexto, la confiabilidad operativa y la eficiencia energética se han convertido en factores
críticos dentro de la ingeniería moderna, especialmente en escenarios industriales donde la reducción
del consumo energético es una prioridad estratégica (International Energy Agency, 2021; ISO, 2018).
Uno de los problemas más comunes en maquinaria rotativa es el desbalance mecánico, el cual ocurre
cuando la distribución de masa del rotor no es uniforme respecto a su eje de rotación (Ehrich, 1999;
Childs, 2011). Esta condición genera fuerzas centrífugas no equilibradas que producen vibraciones
excesivas, aumentando las cargas dinámicas sobre componentes como rodamientos y ejes (Vance, 1988;
Harris & Kotzalas, 2006).
El análisis de vibraciones ha sido ampliamente utilizado como herramienta para el diagnóstico de fallas
en sistemas rotativos, permitiendo identificar condiciones como desbalance, desalineación y defectos
en rodamientos (Randall, 2011; Randall & Antoni, 2011). En este sentido, el monitoreo basado en
vibraciones se ha consolidado como una técnica clave dentro del mantenimiento predictivo moderno
(Mobley, 2002; Jardine et al., 2006).
pág. 937
Normativas internacionales como la ISO 1940-1 establecen criterios de calidad de balanceo para
rotores, definiendo límites permisibles según la aplicación industrial y el nivel de precisión requerido
(ISO, 2003). Estas normas permiten reducir vibraciones y mejorar el comportamiento dinámico de los
sistemas rotativos.
Desde una perspectiva energética, el desbalance no solo afecta la integridad mecánica del sistema, sino
también su consumo energético, debido al incremento de pérdidas por fricción y esfuerzos dinámicos
adicionales (Bloch & Geitner, 2012; Harris & Kotzalas, 2006).
Figura N° 2 Fuerza oscilante provocada por el desbalance
Fuente: https://somim.org.mx/memorias/memorias2012/articulos/pdfs/A4/A4_105
Estas pérdidas se traducen en una disminución de la eficiencia global del sistema y un aumento del
consumo eléctrico durante la operación.
Diversos estudios han demostrado que las condiciones dinámicas anómalas en maquinaria rotativa
pueden generar incrementos en el consumo energético, especialmente cuando las vibraciones alcanzan
niveles elevados (Ehrich, 1999; Tse et al., 2001). Sin embargo, la mayoría de las investigaciones se ha
centrado en el diagnóstico de fallas mediante análisis vibracional, sin profundizar en la cuantificación
directa del impacto energético del desbalance (Randall, 2011; Vance, 1988).
Algunos autores han señalado la posible relación entre el incremento de vibraciones y la reducción de
la eficiencia energética en sistemas mecánicos, aunque esta relación aún requiere mayor validación
experimental en condiciones controladas (Braun, 2011; Randall & Antoni, 2011). Esto evidencia una
brecha en el conocimiento respecto a la interacción entre fallas mecánicas y consumo energético.
Normativas internacionales como la ISO 1940-1 establecen criterios de calidad de balanceo para
rotores, definiendo límites permisibles según la aplicación industrial y el nivel de precisión requerido
(ISO, 2003). Estas normas permiten reducir vibraciones y mejorar el comportamiento dinámico de los
sistemas rotativos.
Desde una perspectiva energética, el desbalance no solo afecta la integridad mecánica del sistema, sino
también su consumo energético, debido al incremento de pérdidas por fricción y esfuerzos dinámicos
adicionales (Bloch & Geitner, 2012; Harris & Kotzalas, 2006).
Figura N° 2 Fuerza oscilante provocada por el desbalance
Fuente: https://somim.org.mx/memorias/memorias2012/articulos/pdfs/A4/A4_105
Estas pérdidas se traducen en una disminución de la eficiencia global del sistema y un aumento del
consumo eléctrico durante la operación.
Diversos estudios han demostrado que las condiciones dinámicas anómalas en maquinaria rotativa
pueden generar incrementos en el consumo energético, especialmente cuando las vibraciones alcanzan
niveles elevados (Ehrich, 1999; Tse et al., 2001). Sin embargo, la mayoría de las investigaciones se ha
centrado en el diagnóstico de fallas mediante análisis vibracional, sin profundizar en la cuantificación
directa del impacto energético del desbalance (Randall, 2011; Vance, 1988).
Algunos autores han señalado la posible relación entre el incremento de vibraciones y la reducción de
la eficiencia energética en sistemas mecánicos, aunque esta relación aún requiere mayor validación
experimental en condiciones controladas (Braun, 2011; Randall & Antoni, 2011). Esto evidencia una
brecha en el conocimiento respecto a la interacción entre fallas mecánicas y consumo energético.
pág. 938
En este contexto, la eficiencia energética se ha convertido en un factor importante dentro del diseño y
operación de sistemas industriales, impulsada por políticas internacionales de sostenibilidad y reducción
de emisiones (International Energy Agency, 2021; ISO, 2018). Por ello, comprender el impacto de fallas
como el desbalance sobre el consumo energético resulta altamente relevante e importante.
El uso de bancos de pruebas experimentales nos permite analizar de manera controlada el
comportamiento dinámico y energético de sistemas rotativos bajo distintas condiciones de operación,
facilitando la obtención de datos reproducibles y cuantificables (Childs, 2011; Ewins, 2000). Este tipo
de metodologías es fundamental para establecer relaciones entre variables mecánicas y energéticas.
En consecuencia, la presente investigación se justifica en la necesidad de profundizar en el estudio del
impacto del desbalance mecánico sobre el consumo energético en sistemas rotativos, aportando
evidencia experimental que contribuya a la optimización del desempeño industrial y a la reducción de
pérdidas energéticas (Bloch & Geitner, 2012; Mobley, 2002).
Finalmente, el objetivo de este trabajo es evaluar experimentalmente el efecto del desbalance mecánico
sobre el consumo energético en un sistema rotativo mediante un banco de pruebas, analizando variables
como consumo eléctrico, velocidad de rotación y vibraciones, con el fin de establecer una relación
cuantitativa entre el nivel de desbalance y la eficiencia energética del sistema.
METODOLOGÍA
Enfoque de la investigación
La presente investigación se desarrolló bajo un enfoque experimental cuantitativo, orientado a analizar
el efecto del desbalance mecánico sobre el consumo energético en sistemas rotativos. El estudio se basó
en la recolección de datos bajo condiciones controladas, con el fin de establecer relaciones entre
variables dinámicas y energéticas del sistema.
Diseño experimental
Se implementó un banco de pruebas para sistemas rotativos, constituido por un motor eléctrico acoplado
a un eje con elementos de carga balanceables (discos de inercia ) y otros componentes que nos permiten
simular el funcionamiento en la industria.
En este contexto, la eficiencia energética se ha convertido en un factor importante dentro del diseño y
operación de sistemas industriales, impulsada por políticas internacionales de sostenibilidad y reducción
de emisiones (International Energy Agency, 2021; ISO, 2018). Por ello, comprender el impacto de fallas
como el desbalance sobre el consumo energético resulta altamente relevante e importante.
El uso de bancos de pruebas experimentales nos permite analizar de manera controlada el
comportamiento dinámico y energético de sistemas rotativos bajo distintas condiciones de operación,
facilitando la obtención de datos reproducibles y cuantificables (Childs, 2011; Ewins, 2000). Este tipo
de metodologías es fundamental para establecer relaciones entre variables mecánicas y energéticas.
En consecuencia, la presente investigación se justifica en la necesidad de profundizar en el estudio del
impacto del desbalance mecánico sobre el consumo energético en sistemas rotativos, aportando
evidencia experimental que contribuya a la optimización del desempeño industrial y a la reducción de
pérdidas energéticas (Bloch & Geitner, 2012; Mobley, 2002).
Finalmente, el objetivo de este trabajo es evaluar experimentalmente el efecto del desbalance mecánico
sobre el consumo energético en un sistema rotativo mediante un banco de pruebas, analizando variables
como consumo eléctrico, velocidad de rotación y vibraciones, con el fin de establecer una relación
cuantitativa entre el nivel de desbalance y la eficiencia energética del sistema.
METODOLOGÍA
Enfoque de la investigación
La presente investigación se desarrolló bajo un enfoque experimental cuantitativo, orientado a analizar
el efecto del desbalance mecánico sobre el consumo energético en sistemas rotativos. El estudio se basó
en la recolección de datos bajo condiciones controladas, con el fin de establecer relaciones entre
variables dinámicas y energéticas del sistema.
Diseño experimental
Se implementó un banco de pruebas para sistemas rotativos, constituido por un motor eléctrico acoplado
a un eje con elementos de carga balanceables (discos de inercia ) y otros componentes que nos permiten
simular el funcionamiento en la industria.
pág. 939
Figura N° 3 Vista isométrica del banco de pruebas empleado
Fuente: Elaboración propia
Figura N° 4 Motor eléctrico WEG W22
Fuente: https://motecmex.com.mx/producto/motor-dos-velocidades-trifasicoconexion-dahlander-linea-w22/
Tabla N° 1 Datos del motor
Norma Frecuencia Tensión Amperaje Velocidad Potencia
NEMA MG-1 50 Hz 220//380 V 4,67/2.71 A 1430 rpm 1.5 HP / 1.1 kW
Fuente: Elaboración propia en base a la placa del motor
Figura N° 5 Variador de frecuencia ACS 150 01E 09 A8-2
Fuente: https://www.abb.com/global/en/products/68581991
Figura N° 3 Vista isométrica del banco de pruebas empleado
Fuente: Elaboración propia
Figura N° 4 Motor eléctrico WEG W22
Fuente: https://motecmex.com.mx/producto/motor-dos-velocidades-trifasicoconexion-dahlander-linea-w22/
Tabla N° 1 Datos del motor
Norma Frecuencia Tensión Amperaje Velocidad Potencia
NEMA MG-1 50 Hz 220//380 V 4,67/2.71 A 1430 rpm 1.5 HP / 1.1 kW
Fuente: Elaboración propia en base a la placa del motor
Figura N° 5 Variador de frecuencia ACS 150 01E 09 A8-2
Fuente: https://www.abb.com/global/en/products/68581991
pág. 940
Tabla n° 2 Datos Variador de frecuencia ACS 150 01E 09 A8-2
Potencia Fase Tensión Amperaje Serie
2,2 kW 1~ 220 V 9,8 A ACS150
Fuente: https://www.abb.com/global/en/products/68581991
Figura N° 6 Acople PHE 1050 H
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Tabla N° 3 Datos Acople PHE 1050 H
Modelo Marca Tipo
PHE 1050 H SKF SEMI FLEXIBLE
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Figura N° 7 Acople PHE L100
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Tabla N° 4 Datos Acople PHE L100
Modelo Marca Tipo
PHE L100 SKF SEMI FLEXIBLE
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Figura N° 8 Acople PHE F50
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Tabla n° 2 Datos Variador de frecuencia ACS 150 01E 09 A8-2
Potencia Fase Tensión Amperaje Serie
2,2 kW 1~ 220 V 9,8 A ACS150
Fuente: https://www.abb.com/global/en/products/68581991
Figura N° 6 Acople PHE 1050 H
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Tabla N° 3 Datos Acople PHE 1050 H
Modelo Marca Tipo
PHE 1050 H SKF SEMI FLEXIBLE
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Figura N° 7 Acople PHE L100
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Tabla N° 4 Datos Acople PHE L100
Modelo Marca Tipo
PHE L100 SKF SEMI FLEXIBLE
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Figura N° 8 Acople PHE F50
Fuente: SKF Catalogo de acoples
pág. 941
Tabla N° 5 Datos Acople PHE F50
Modelo Marca Tipo
PHE F50 SKF FLEXIBLE
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Figura N° 9 Ejes del sistema
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 6 Datos de ejes utilizados
Ejes Diametro nominal (mm) Longitud Nominal (mm)
EJE 1,2,3, 30 60
Fuente: Elaboración propia
Figura N° 10 Soportes y rodamientos del sistema
Fuente: SKF Catalogo de soportes y rodamientos
Tabla N° 7 Datos Soportes y rodamientos
Modelo Marca Tipo
SY 506 M SKF Soporte
YAR 206-2F SKF Rodamiento
Fuente: SKF Catalogo de soportes y rodamientos
Figura n° 11 Disco de inercia
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 5 Datos Acople PHE F50
Modelo Marca Tipo
PHE F50 SKF FLEXIBLE
Fuente: SKF Catalogo de acoples
Figura N° 9 Ejes del sistema
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 6 Datos de ejes utilizados
Ejes Diametro nominal (mm) Longitud Nominal (mm)
EJE 1,2,3, 30 60
Fuente: Elaboración propia
Figura N° 10 Soportes y rodamientos del sistema
Fuente: SKF Catalogo de soportes y rodamientos
Tabla N° 7 Datos Soportes y rodamientos
Modelo Marca Tipo
SY 506 M SKF Soporte
YAR 206-2F SKF Rodamiento
Fuente: SKF Catalogo de soportes y rodamientos
Figura n° 11 Disco de inercia
Fuente: Elaboración propia