ISO 20816: El Nuevo Estándar de Severidad para Vibraciones
En el mundo del mantenimiento industrial, el control de vibraciones ha sido siempre un pilar fundamental para prevenir fallas y garantizar la continuidad operativa. Durante años, la norma ISO 10816 fue el referente técnico para evaluar la severidad de vibraciones en máquinas rotativas. Sin embargo, con el avance de la tecnología y la aparición de equipos más complejos, se hizo evidente la necesidad de un estándar más preciso y actualizado.
Es así como nace la ISO 20816, una revisión completa que no solo mejora los criterios de medición, sino que también introduce un enfoque más especializado, segmentando los requisitos según el tipo de máquina, su tamaño y su entorno operativo. A diferencia de su predecesora, esta nueva norma:
Clasifica las máquinas en categorías específicas, desde turbinas de alta potencia hasta motores eléctricos pequeños.
Incorpora límites más estrictos para equipos críticos, reflejando los avances en materiales y diseño.
Amplía su alcance a sectores como el energético, eólico y offshore, que antes no estaban cubiertos con suficiente detalle.
En este artículo, exploraremos en profundidad las tablas de severidad de vibración según la ISO 20816, comparándolas con los valores anteriores de la ISO 10816. Además, analizaremos los cambios más relevantes y cómo afectan a las estrategias de mantenimiento predictivo en la industria actual.
1. ISO 20816-1: Generalidades (Máquinas Rotativas Industriales)
La norma ISO 20816-1 es su guía para medir y evaluar vibraciones en máquinas. Le ayuda a determinar si los niveles son seguros. Esta guía se centra en la aplicación práctica de la norma.
¿Dónde y Cómo Medir?
En Partes No Rotativas (Carcasas):
Posición: Mida siempre en los cojinetes o sus soportes.
Dirección: Tome mediciones en direcciones horizontal, vertical y axial.
Parámetro clave: Use la velocidad RMS (mm/s).
En Ejes Rotativos:
Posición: Use dos sensores por cojinete, montados a 90° entre sí.
Parámetro clave: Use el desplazamiento pico-pico (µm).
Relación entre aceleración, velocidad y desplazamiento para componentes armónicos de frecuencia única
Los Valores de Referencia que Necesita
La norma clasifica el estado de la máquina en Zonas. Use estos valores como guía general para partes no rotativas (velocidad RMS):
Rangos para valores típicos de acuerdo a zonas
Zona A (Bueno): < 2.8 mm/s. Máquinas nuevas. Operación normal.
Zona B (Aceptable): 2.8 – 7.1 mm/s. Aceptable para operación a largo plazo.
Zona C (Alerta): 7.1 – 11.2 mm/s. Insatisfactorio. Planee una reparación.
Zona D (Peligro): > 11.2 mm/s. Riesgo de daño. Pare la máquina.
La Regla Más Importante: El Cambio es Clave
Un cambio repentino en la vibración es a menudo más crítico que el valor en sí.
Criterio II: Si la vibración se duplica, investigue inmediatamente, incluso si aún está en Zona B. Esto suele indicar una falla developingte.
Configure sus Alarmas Correctamente
Alarma: Configurela típicamente en el límite Zona B/C. Advierte para investigar.
Parada (Trip): Configurela en el límite Zona C/D. Protege la máquina de daños graves.
Consejo Práctico Final
No ignore la fase. Un cambio grande en la fase puede indicar un problema grave, incluso si la magnitud no ha aumentado mucho. El análisis espectral (de frecuencias) es fundamental para diagnosticar la causa raíz.
2. ISO 20816-2: Máquinas Grandes (>50MW, ≥1200RPM)
Esta norma aplica a turbinas de gas, turbinas de vapor y generadores >40 MW con cojinetes de película de aceite y velocidades de 1500, 1800, 3000 o 3600 rpm.
Dónde y Qué Medir
En Estructuras (Cojinetes):
Parámetro: Velocidad RMS (mm/s).
Posición: Medir en dirección radial en todos los cojinetes principales.
Frecuencia: Rango de 10 Hz a 500 Hz.
En Ejes Rotativos:
Parámetro: Desplazamiento pico-pico (µm).
Posición: Usar dos transductores ortogonales (a 90°) en cada cojinete principal.
Frecuencia: Rango de 1 Hz a, al menos, 3x la velocidad máxima operativa.
Valores de Referencia Clave (Límites de Zona)
A. Para Vibración en Estructuras (Carcasas) – Velocidad RMS (mm/s):
Estos son los valores de referencia directos para evaluar la severidad de la vibración en las carcasas de los cojinetes.
Equipo
Velocidad (rpm)
Límite A/B
Límite B/C
Límite C/D
Turbina/Generador
1500 / 1800
2,8
5,3
8,5
Turbina/Generador
3000 / 3600
3,8
7,5
11,8
Turbina de Gas
3000 / 3600
4,5
9,3
14,7
B. Para Vibración en Ejes – Desplazamiento Pico-Pico (µm):
Estos son los valores de referencia directos para evaluar la vibración relativa del eje.
Equipo
Velocidad (rpm)
Límite A/B
Límite B/C
Límite C/D
Turbina/Generador
1500
100
200
320
Turbina/Generador
3000
90
165
240
Turbina de Gas
3000
90
165
240
Evaluación y Acción (Las 4 Zonas)
Zona A (Nuevas / Buenas): Máquinas nuevas. Operación normal.
Zona B (Aceptable): Aceptable para operación continua a largo plazo.
Zona C (Alerta): Insatisfactorio para operación continua. Planee acción correctiva.
Zona D (Peligro): Riesgo de daño. Pare la máquina.
Para Aceptación de Máquinas Nuevas: El valor acordado normalmente no debe exceder 1.25 veces el límite A/B.
Configuración de Alarmas y Paradas
Alarma: Se activa para investigar. Se recomienda configurarla como: Valor de Referencia + (25% del Límite B/C). No debe superar normalmente 1.25 veces el límite B/C.
Parada (Trip): Se activa para proteger. Es un valor fijo, generalmente dentro de la Zona C o D. No debe superar 1.25 veces el límite C/D.
Consideraciones Prácticas Clave
Condiciones Transitorias (Arranque/Parada): Se permiten vibraciones más altas. Las alarmas pueden elevarse hasta 1.5 veces el límite C/D para ejes durante la aceleración/desaceleración.
Cambios Súbitos (Criterio II): Un cambio del 25% del límite B/C respecto a un valor de referencia establecido requiere investigación, incluso si se está en Zona B.
Holgura del Cojinete: Si la holgura del cojinete es pequeña, los límites para el eje deben reducirse para evitar contacto metal-metal. Los valores de la norma asumen holguras típicas.
Vibración Transmitida: Si se sospecha de vibración externa, mida con la máquina parada. Si es significativa, debe corregirse.
3. ISO 20816-3: Máquinas Acopladas (15kW-50MW)
Incluye: Bombas, compresores, motores eléctricos
Zona
Rango (mm/s)
Tipo de Máquina
Vida Útil Remanente
A
≤ 1.8
Acoplamiento directo
> 5 años
B
1.8 – 3.5
Transmisión por correas
3-5 años
C
3.5 – 5.6
Todas las configuraciones
< 1 año
D
> 5.6
–
Riesgo de falla súbita
Novedad: Considera por primera vez el factor de vida útil estimada.
4. ISO 20816-4: Máquinas Hidráulicas
Bomba de agua
Ejemplos: Turbinas hidroeléctricas, bombas de agua
Zona
Rango (mm/s)
Frecuencia Dominante
Diagnóstico Probable
A
≤ 2.0
1x RPM
Operación normal
B
2.0 – 4.0
2x-3x RPM
Desbalanceo leve
C
4.0 – 6.3
Alta frecuencia
Cavitación activa
D
> 6.3
Ancho de banda amplio
Daño estructural
Advertencia: Valores aplicables a velocidad nominal (±10%).
5. ISO 20816-5: Máquinas en Plantas Generadoras, Plantas de Bombeo y Almacenamiento
Claro, aquí tienes un resumen práctico y aplicable de la norma ISO 20816-5:2018, diseñado para una consulta rápida sin profundizar en teoría.
Propósito
Establece directrices para medir y evaluar las vibraciones en conjuntos de máquinas (turbinas, generadores, bombas) en centrales hidroeléctricas y de bombeo.
Alcance
Se aplica a: Máquinas con cojinetes lubricados por aceite y velocidades típicas de 60 a 1000 r/min.
No se aplica a: Cojinetes lubricados con agua, rodamientos, bombas en plantas térmicas, operación en régimen transitorio.
Mediciones Clave
Vibración de la carcasa del cojinete: Se mide la velocidad RMS (vrmsvrms) en mm/s.
Vibración relativa del eje: Se mide el desplazamiento pico-pico (Sp−pSp−p) en µm.
Ubicaciones: Según el tipo de máquina (horizontal/vertical) y grupo (1-4). Ver figuras en la norma.
Límites de Acción por Tipo de Máquina (A-B/C y C/D)
Los valores son estadísticos y dependen del tipo de turbina, orientación del eje y ubicación del cojinete.
Grupo
Tipo de Máquina
Ubicación
Sp−pSp−p A-B/C (µm)
Sp−pSp−p C/D (µm)
vrmsvrms A-B/C (mm/s)
vrmsvrms C/D (mm/s)
1
Francis Horizontal
T
140
215
0,8
1,3
3
Francis Vertical
T
180
280
0,9
1,4
3
Kaplan Vertical
GE-DE
170
270
0,6
1,0
2
Bulb
T
90
130
2,6
4,1
Criterios de Evaluación
Criterio I (Magnitud): Comparar mediciones con los Límites de Acción 1 (A-B/C) y 2 (C/D).
Criterio II (Cambio): Investigar si hay un cambio >25% en magnitud o >30° en fase respecto a un valor de referencia.
Zonas de Evaluación y Acciones
Zona A-B: Valores ≤ Límite 1. Aceptable para operación a largo plazo.
Zona C: Valores entre Límite 1 y 2. Investigar (temperaturas, holguras, análisis FFT).
Zona D: Valores ≥ Límite 2. Alto riesgo de daño. Acción inmediata requerida.
Configuración de Alarmas y Paradas (Trips)
Alarma: Se recomienda establecer en el Límite de Acción 1 (A-B/C).
Parada (Trip): Se recomienda establecer en 1,25 × Límite de Acción 2 (C/D) o en el 70% de la holgura diametral fría del cojinete (lo que sea menor).
Condiciones Especiales
Los límites son para estado estable dentro del rango de operación normal (definido en las tablas del Anexo A).
En arranques, paradas o condiciones transitorias, los valores pueden ser más altos. Se pueden inhibir temporalmente las alarmas o usar un segundo conjunto de valores.
Práctica Recomendada
Realizar mediciones de línea base tras puesta en servicio o mantenimiento.
Usar análisis estadístico (percentil 97,5%) para calcular Sp−pSp−p y evitar sobrestimación por picos aislados.
Evaluar conjuntamente la vibración del eje y de la carcasa, junto con la temperatura del cojinete y el % de holgura utilizada.
Lista de Verificación Rápida
Identificar el tipo de máquina (Francis, Kaplan, Bulb, Pelton, Bomba) y su grupo (1-4).
Medir Sp−pSp−p (µm) y vrmsvrms (mm/s) en las ubicaciones correctas.
Comparar con los Límites de Acción de las Tablas A.1 a A.4.
Verificar cambios >25% respecto a valores de referencia.
Revisar temperatura del cojinete (<65°C para guías, <85°C para empuje) y holgura utilizada (<70%).
Actuar según la Zona resultante (A-B: OK, C: Investigar, D: Parar e investigar).
Este resumen te permite aplicar los conceptos clave de la norma de manera inmediata en campo. Para detalles específicos de ubicación de sensores o análisis de datos, consulta siempre las figuras y anexos correspondientes en el documento completo.
Innovación: Combina métricas de vibración y acústica.
7. ISO 20816-8: Compresores Alternativos
Compresor alternativo
Establecer procedimientos para medir y clasificar las vibraciones mecánicas en sistemas de compresores alternativos, con el fin de prevenir fatiga en los componentes y evitar daños en equipos auxiliares.
Alcance
Se aplica a: Compresores alternativos montados en cimientos rígidos, con velocidades típicas de 120 a 1800 r/min.
Cubre: Cimientos, bastidor, cilindros, amortiguadores de pulsación, tuberías principales y conexiones de pequeño diámetro (SBC).
No cubre: Vibración de ejes, monitoreo de condición, ruido, compresores «hyper».
Mediciones Clave
Magnitud principal: Velocidad RMS (vrmsvrms) en mm/s (rango de 2 Hz a 1000 Hz).
Magnitudes complementarias:
Desplazamiento RMS (SrmsSrms) en mm (si hay frecuencias < 10 Hz).
Aceleración RMS (armsarms) en m/s² (si hay frecuencias > 200 Hz).
Ubicaciones de Medición (Mínimas)
Cimientos: En todos los pernos del bastidor.
Bastidor (parte superior): En cada esquina y entre cilindros.
Cilindros: En la brida de la tapa (parte rígida).
Vasijas de pulsación: En bridas de entrada/salida y cabezas.
Tubería principal: En partes críticas.
Conexiones de pequeño diámetro (SBC): Ver Anexo E.
Guía de la cruceta (Horizontal): Opcional para diagnóstico interno.
Límites Guía por Componente (Valores RMS)
Los límites son constantes dentro del rango de frecuencia. A continuación, los valores clave del Límite B/C (zona marginal, requiere análisis).
Tabla Resumen – Valores Límite B/C (RMS)
Componente del Sistema
Velocidad (mm/s)
Desplazamiento (mm)
Aceleración (m/s²)
Cimientos
3,0
0,048
3,8
Bastidor (Parte Superior)
8,0
0,127
10,1
Cilindro (Lateral – Horizontal)
13,0
0,207
16,3
Cilindro (Vástago – Horizontal)
16,0
0,255
20,1
Amortiguadores / Tubería Principal
19,0
0,302
23,9
Guía de Cruceta (Horizontal)
9,0
0,143
11,3
Conexiones Pequeño Diámetro (SBC) – Valor RELATIVO
19,0
0,302
23,9
Nota: Para cilindros de compresores verticales, se permiten valores más altos en la dirección lateral. Los valores para SBC son relativos (diferencia entre la vibración en la tubería principal y el punto más vibrante de la SBC).
Zonas de Evaluación y Acciones
Zona A-B (≤ A/B): Aceptable para operación a largo plazo.
Zona C (>B/C y ≤C/D): Marginal. El compresor puede operar por tiempo limitado, pero se requiere análisis y posible corrección.
Zona D (>C/D): Inaceptable. La vibración puede causar daños. Se requiere acción correctiva urgente o parada.
Consideraciones Prácticas Clave
Conexiones Pequeñas (SBC): Son puntos críticos de fatiga. Se debe medir la vibración relativa (diferencia) entre la tubería principal y el extremo de la SBC.
Tubería Principal en Zona D: No significa parada inmediata si:
La velocidad < 45 mm/s.
Las SBC adjuntas están dentro de los límites.
Un análisis (ej. elementos finitos) demuestra que no hay riesgo de fatiga.
Montajes Elásticos: Los límites de la norma son para cimientos rígidos. Para montajes sobre apoyos antivibratorios o bloques aislados, los límites deben ser acordados entre el comprador y el proveedor.
Lista de Verificación Rápida
Identificar el tipo de compresor (Horizontal, Vertical, V, W, L).
Medir la velocidad RMS (2-1000 Hz) en todas las ubicaciones mínimas.
Comparar cada medición con las tablas de Límites B/C.
Clasificar en Zonas A-B (OK), C (Investigar) o D (Actuar).
Prestar especial atención a las Conexiones de Pequeño Diámetro (SBC), midiendo la vibración relativa.
Para valores en Zona C o D, realizar análisis espectral (FFT) para identificar frecuencias problemáticas.
Este resumen permite aplicar los criterios de la norma de forma inmediata para la evaluación de la vibración en compresores alternativos.
8. ISO 20816-9: Caja de Engranajes
Caja de engranajes
Establecer métodos para medir y clasificar la vibración mecánica en unidades con engranajes individualmente alojadas, tanto incrementadoras como reductoras de velocidad, para pruebas de aceptación y monitoreo operativo.
Alcance
Se aplica a: Unidades de engranajes de 10 kW a 100 MW y velocidades de 30 a 12,000 r/min.
Cubre: Vibración de la carcasa y de los ejes.
No cubre: Vibración torsional, trenes de transmisión especiales (ej. compresores integrados) ni condiciones transitorias (arranque, parada, cambios de carga).
Mediciones Clave y Unidades
Vibración del Eje (Relativa): Desplazamiento pico-pico (Sp−pSp−p) en µm.
Vibración de la Carcasa:
Velocidad RMS (vrmsvrms) en mm/s.
Aceleración pico verdadera (apeakapeak) en m/s².
Ubicaciones de Medición
Ejes: Usar sensores de proximidad (no contactantes) montados en pares ortogonales en los apoyos de los cojinetes, lo más cerca posible de los rodamientos.
Carcasa: Medir en secciones rígidas que soporten rodamientos. Preferiblemente en tres direcciones ortogonales: Vertical, Horizontal y Axial.
Límites de Evaluación por Zonas (Valores Límite)
La norma define zonas (A, B, C, D) y proporciona valores límite basados en «Ratings» (DR, VR, AR). Para una aplicación práctica, se debe primero seleccionar la Clase de la unidad (Tabla 5) y luego usar los «Ratings» correspondientes en las Tablas 2, 3 y 4.
Componente
Magnitud
Unidad
Zona A/B
Zona B/C
Zona C/D
Eje
Desplazamiento (p-p)
µm
50
80
125
Carcasa
Velocidad (RMS)
mm/s
5,0
8,0
12,5
Carcasa
Aceleración (Pico)
m/s²
80
125
200
Nota: Los valores de ejemplo son para un «Displacement Rating (DR)» de 80 y «Velocity Rating (VR)» de 8.0, típicos de un reductor general Clase II. Consulta la Tabla 5 para determinar la Clase de tu engranaje.
Zonas de Evaluación y Acciones
Zona A: Máquinas nuevas. Esfuerzo para lograrla puede ser desproporcionado.
Zona B:Aceptable para operación a largo plazo sin restricciones.
Zona C:Insatisfactoria para operación continua a largo plazo. Operar por tiempo limitado hasta realizar acción correctiva.
Zona D: La vibración puede causar daños. Acción correctiva urgente.
Clasificación de Engranajes
Para seleccionar los límites correctos, identifica la clase de tu unidad de engranajes:
Clase
Ejemplos de Unidades de Engranaje
DR/VR Típicos (Potencia Alta)
I
Precisión, helicoidales de alta gama.
DR 50 / VR 5,0
II
Uso general, multi-etapa, helicoidales y cónicos espirales.
DR 80 / VR 8,0
III
Uso general, epicíclicos (planetarios).
DR 125 / VR 12,5
IV
Engranajes rectos (ej. molinos, extruders).
DR 200 / VR 20,0
Nota: Esta es una guía. La clasificación final debe ser acordada entre el fabricante y el cliente.
Criterios de Aceptación Práctica
Para máquinas nuevas, el criterio de aceptación suele establecerse en la Zona A o B.
Normalmente, el valor de aceptación no debe exceder 1.25 veces el límite A/B.
El desplazamiento relativo del eje no debe superar el 70% de la holgura del cojinete disponible.
Condiciones de Prueba Clave
Realizar las mediciones en condiciones de estado estable (régimen permanente).
Velocidad y carga deben estar dentro del rango de diseño.
Usar el sistema de lubricación y el lubricante correctos.
La temperatura de operación debe estar dentro del rango de diseño.
Lista de Verificación Rápida
Identificar la Clase del engranaje (I, II, III, IV) según la Tabla 5.
Seleccionar los «Ratings» (DR, VR, AR) correspondientes de las Tablas 2, 3 y 4.
Medir la vibración en ejes (µm p-p) y/o carcasa (mm/s RMS, m/s² pico) en las ubicaciones correctas.
Comparar cada medición con los límites de las zonas (A/B, B/C, C/D).
Clasificar en Zonas A (Excelente), B (Aceptable), C (Investigar) o D (Detener/Reparar).
Asegurar que el desplazamiento del eje < 70% de la holgura del cojinete.
Este resumen permite aplicar los criterios de la norma de forma inmediata para la evaluación de vibración en reductores y multiplicadoras de velocidad.
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