ISO 10816 e ISO 20816 en la práctica: los límites de vibración y lo que significan

Quien monitorea vibración en un motor, una bomba o un ventilador termina chocando con la misma pregunta: ¿cuánta vibración es demasiada? La respuesta que la industria usa desde hace décadas viene de la ISO 10816-3, reemplazada en 2022 por la ISO 20816-3, que mantuvo los mismos valores para la vibración medida en la carcasa y reunió en un solo documento la evaluación en partes rotativas y no rotativas.

Este artículo explica qué mide la norma, cómo clasifica las máquinas, cuáles son los números y, sobre todo, qué significa un "límite" en la práctica. Está pensado para el gerente de mantenimiento que necesita configurar alarmas y para el técnico que tendrá que justificar una parada.

Qué mide la norma

La norma evalúa la velocidad de vibración RMS, en milímetros por segundo, medida en el alojamiento del cojinete en una banda de 10 Hz a 1.000 Hz (2 Hz a 1.000 Hz para máquinas por debajo de 600 rpm). Es un único número por punto y por dirección, que resume toda la energía de vibración en esa banda. No es el espectro; es el valor global.

Se aplica a máquinas industriales de más de 15 kW, de 120 a 30.000 rpm: motores eléctricos, bombas con impulsor en eje propio, ventiladores, compresores y turbinas de mediano porte. Las bombas con el impulsor montado directamente en el eje del motor tienen su propia norma, la ISO 10816-7.

La medición se hace en los cojinetes o en la carcasa que los soporta, en dos direcciones radiales perpendiculares (vertical y horizontal, en máquinas horizontales) y, cuando hay cojinete de empuje, también en la axial. La tapa del ventilador y la chapa delgada no sirven: vibran por su cuenta.

Grupos y tipo de soporte

La norma separa las máquinas por tamaño y por rigidez del soporte, porque una misma vibración significa cosas distintas en cada caso.

• Grupo 1: potencia superior a 300 kW, o motor eléctrico con altura de eje de 315 mm o más. Normalmente tienen cojinetes de deslizamiento.
• Grupo 2: de 15 kW a 300 kW, o altura de eje entre 160 y 315 mm. Normalmente tienen rodamientos y giran a más de 600 rpm.

El soporte se considera rígido cuando la primera frecuencia natural del conjunto máquina más fundación, en la dirección medida, está al menos un 25% por encima de la frecuencia principal de excitación, que casi siempre es la velocidad de giro. Todo lo demás es flexible. Un motor mediano anclado a una base de concreto suele ser rígido; una máquina sobre amortiguadores o sobre una estructura metálica liviana suele ser flexible. La misma máquina puede ser rígida en la vertical y flexible en la horizontal, y en ese caso cada dirección se evalúa según su clase.

Las cuatro zonas

• Zona A: vibración típica de una máquina recién puesta en servicio.
• Zona B: aceptable para operación continua, sin restricción de tiempo.
• Zona C: insatisfactoria para operación continua. La máquina puede funcionar durante un período limitado hasta que haya oportunidad de intervenir.
• Zona D: severidad suficiente para causar daño a la máquina.

Los números (ISO 20816-3:2022, Tablas A.1 y A.2)

Límites entre zonas en velocidad RMS, mm/s:

• Grupo 2, soporte rígido: A/B 1,4 · B/C 2,8 · C/D 4,5
• Grupo 2, soporte flexible: A/B 2,3 · B/C 4,5 · C/D 7,1
• Grupo 1, soporte rígido: A/B 2,3 · B/C 4,5 · C/D 7,1
• Grupo 1, soporte flexible: A/B 3,5 · B/C 7,1 · C/D 11,0

Observe que los límites suben a medida que la máquina crece y el soporte se vuelve más flexible. Un motor de 75 kW sobre base rígida entra en zona C a partir de 2,8 mm/s; uno de 500 kW sobre resortes solo entra en C a partir de 7,1 mm/s. Aplicar el límite equivocado produce o falsas alarmas todos los días o silencio hasta la rotura.

Qué quiere decir "límite"

La propia norma lo advierte: los valores de las zonas no son criterios de aceptación. La aceptación de una máquina nueva es un acuerdo entre fabricante y comprador, e históricamente queda en la zona A o B, sin superar 1,25 veces el límite A/B.

Para el monitoreo, la norma define dos niveles de acción:

• Alarma: aviso de que se alcanzó un valor o de que hubo un cambio significativo. La recomendación es fijar la alarma en la línea base de la máquina más el 25% del límite B/C, sin superar 1,25 veces ese límite. Una máquina que siempre vibró a 1,0 mm/s puede tener la alarma por debajo de 2,8.
• Disparo (trip): valor por encima del cual seguir operando causa daño. Se ubica en la zona C o D, sin superar 1,25 veces el límite C/D.

Por qué la tendencia importa más que el valor absoluto

La norma tiene un segundo criterio, y es el más ignorado. El Criterio II trata del cambio de vibración respecto de una referencia establecida, en las mismas condiciones de operación y en el mismo punto. Cuando el aumento o la disminución supera el 25% del límite B/C, el cambio se considera significativo, aunque la máquina siga en la zona B, y debe abrirse una investigación. Para un motor del Grupo 2 sobre soporte rígido, eso equivale a una variación de 0,7 mm/s.

La razón es sencilla: una máquina que pasó de 1,2 a 2,0 mm/s en tres semanas está contando una historia, y esa historia importa más que el hecho de que 2,0 siga siendo "aceptable". Un rodamiento que se desgasta, una desalineación que apareció después de un cambio de pieza, una base que se aflojó: todo aparece primero como tendencia, no como un límite superado. La norma también recuerda que los cambios súbitos pesan más que los graduales. Con una lectura al mes, la tendencia tiene tres puntos por trimestre; con lecturas continuas, la pendiente aparece en días.

Cómo lo configuramos en la práctica

En nuestra plataforma, cada sensor recibe la clase de la máquina (grupo y soporte) y los umbrales vienen preconfigurados: entrar en la zona C genera un aviso, entrar en la zona D genera una alarma, y solo el cambio de nivel notifica. El gerente puede modificar los límites por sensor, que es el camino correcto cuando existe una línea base conocida. La tendencia se calcula sobre el historial y proyecta, con un nivel de confianza declarado, cuándo se alcanzaría la zona D.

Qué hacer ahora

1. Releve la potencia, la altura de eje y el tipo de soporte de cada máquina crítica. Sin eso, no hay forma de elegir la tabla.
2. Registre la línea base de cada punto con la máquina en una condición conocida y buena. Es la que le da sentido al Criterio II.
3. Configure la alarma a partir de la línea base, no solo de la tabla.
4. Revise la tendencia cada semana. Una máquina estable en zona B da tranquilidad; una máquina que sube dentro de la zona B es un asunto pendiente.

Si quiere saber qué necesita su planta, hable con uno de nuestros ingenieros.

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Fuentes: ISO 20816-3:2022, Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on rotating and non-rotating parts — Part 3 (Tablas A.1 y A.2, apartados 5.2, 5.3, 6.2, 6.3 y 6.5); ISO 10816-3:2009 (reemplazada por la anterior); ISO 10816-7:2009 para bombas rotodinámicas.