Herramienta de ingeniería gratuita #022
Límites de vibración — Turbinas de gas
Evalúe la severidad de vibración para turbinas de gas según la norma ISO 20816-4. Admite velocidad del soporte del rodamiento y desplazamiento relativo del eje para turbinas de gas industriales, derivadas de aeronáutica y pequeñas.
Resultados
| Zona | Límite | Descripción |
|---|
Alcance de la norma ISO 20816-4
La norma ISO 20816-4 especifica los criterios de evaluación de vibración para turbinas de gas utilizadas en generación de energía y aplicaciones de transmisión mecánica. Cubre turbinas de gas industriales de alta potencia, turbinas de gas derivadas de aeronáutica y turbinas de gas pequeñas de menos de 3 MW.
Vibración del soporte del rodamiento (Industrial de alta potencia)
Velocidad de vibración de banda ancha medida en el soporte del rodamiento en mm/s RMS, rango de frecuencia 10–1000 Hz.
| Límite de zona | Velocidad (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 4.5 |
| B/C | 9.3 |
| C/D | 14.7 |
Desplazamiento relativo del eje (Industrial)
Vibración del eje medida con sondas de proximidad, expresada como desplazamiento pico a pico en μm. Los valores fijos a continuación son una guía conservadora simplificada; los límites de zona de desplazamiento del eje de la norma dependen de la velocidad (disminuyen al aumentar la velocidad del eje).
| Límite de zona | Desplazamiento (μm p-p) |
|---|---|
| A/B | 65 |
| B/C | 130 |
| C/D | 200 |
Tipos de turbinas de gas
| Tipo | Rango de potencia | Velocidad típica | Características |
|---|---|---|---|
| Industrial de alta potencia | >40 MW | 3000–3600 RPM | Eje único, cojinetes de fricción, rotor pesado |
| Derivada de aeronáutica | 20–60 MW | 3600–15000+ RPM | Multieje, rotores más ligeros, puede usar rodamientos de rodillos |
| Pequeña (<3 MW) | <3 MW | Variable | Unidades empaquetadas, microturbinas, transmisiones industriales |
ℹ️ Nota: Para turbinas de gas derivadas de aeronáutica y pequeñas, los límites de zona mostrados se basan en los valores de turbinas industriales de alta potencia como guía general. Los límites específicos del fabricante pueden variar. Consulte siempre las especificaciones de vibración del fabricante (OEM) para su máquina específica.
⚠️ Importante: Las turbinas de gas suelen tener sistemas automáticos de parada por vibración. Asegúrese de que los puntos de ajuste del sistema de protección estén alineados con los límites de zona de la norma ISO 20816-4 o con las especificaciones del fabricante (OEM). Nunca desactive los sistemas de protección contra vibraciones.
La norma ISO 20816-4 cubre todos los tipos de turbinas de gas utilizadas en generación de energía y accionamiento mecánico:
- Industriales de servicio pesado (Heavy-duty) — Máquinas de gran bastidor, típicamente >40 MW (p. ej., GE Frame 7/9, Siemens SGT-800/2000)
- Aeroderivadas — Derivadas de motores de aviación, típicamente de 20–60 MW (p. ej., GE LM2500/LM6000, Rolls-Royce Trent)
- Turbinas de gas pequeñas — Unidades por debajo de 3 MW, incluidas microturbinas y pequeños accionamientos industriales
En sentido estricto, la propia norma ISO aborda grupos de turbinas de gas con cojinetes de película fluida; aplicar sus valores orientativos a unidades aeroderivadas o pequeñas con rodamientos es una extensión simplificada no contemplada en la norma ISO.
La vibración en el soporte del cojinete se mide con sensores (acelerómetros o velocímetros) montados en el pedestal del cojinete. Proporciona la vibración global de la máquina en mm/s RMS y es la medición más común para protección y monitorización.
El desplazamiento relativo del eje se mide con sondas de proximidad (corrientes inducidas) instaladas dentro de la holgura del cojinete. Mide la órbita real del eje en μm pico a pico y es esencial para detectar problemas rotodinámicos que pueden no ser visibles en el soporte del cojinete.
Las turbinas de gas suelen tener límites de vibración admisibles más altos debido a:
- Vibración inducida por la combustión, una fuente no presente en las turbinas de vapor
- Mayor densidad de potencia y diferente dinámica del rotor
- Factores del entorno operativo (gradientes térmicos, variaciones de combustible)
- Diferentes configuraciones de cojinetes y soportes
Por ejemplo, el límite de Zona A/B para la velocidad en el soporte del cojinete es de 4.5 mm/s para turbinas de gas (ISO 20816-4) frente a 2.8 mm/s para turbinas de vapor (ISO 20816-2).
Las turbinas de gas aeroderivadas presentan características únicas:
- Diseño multieje (multi-spool) — el generador de gas y la turbina de potencia giran a velocidades diferentes
- Velocidades más altas — el generador de gas puede funcionar a 8000–15000+ RPM
- Rodamientos de elementos rodantes — algunas aeroderivadas utilizan rodamientos de bolas o rodillos en lugar de cojinetes de deslizamiento
- Rotores más ligeros — más sensibles al desequilibrio y a los efectos térmicos
Los límites de zona de esta calculadora se aplican como pautas generales; consulte siempre las especificaciones del fabricante original (OEM) para su máquina específica.
Un aumento repentino de la vibración en una turbina de gas requiere una investigación inmediata:
- Comprobar la dinámica de combustión — los problemas en la cámara de combustión pueden causar picos repentinos de vibración
- Daños por objetos extraños (FOD) — la pérdida de un álabe provoca un desequilibrio inmediato
- Deterioro de los cojinetes — un cambio brusco puede indicar un fallo en el cojinete
- Problemas en el acoplamiento — desalineación o fallo de algún componente del acoplamiento
- Transitorios térmicos — los cambios rápidos de carga pueden causar un arqueamiento temporal del rotor
La mayoría de las turbinas de gas cuentan con sistemas automáticos de disparo por vibración. Nunca anule ni puentee la protección contra vibraciones.
Los procedimientos descritos en esta página fueron desarrollados y probados en campo por el equipo de Vibromera utilizando el Balanset-1A, un balanceador portátil de doble canal y analizador de vibraciones para el balanceo de rotores en sitio.
Analizadores de vibración profesionales y sistemas de balanceo en campo para turbomáquinas. Evalúe la condición de la turbina de gas según la norma ISO 20816-4 en sitio. Utilizados en más de 50 países.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko es ingeniero en análisis de vibraciones y fundador y director general de Vibromera. Desde hace más de 15 años balancea equipos rotativos en campo y no en un banco de pruebas: desbrozadoras, ventiladores industriales, trituradoras, centrífugas, ejes y husillos. De ese trabajo nacieron los instrumentos Balanset — se concibieron como una herramienta que el especialista puede llevar hasta la máquina y usar solo, en sitio, y no como equipo de laboratorio. Vibromera se fundó en 2017 y desde 2023 tiene su sede en Oporto, Portugal. Aquí se realizan el desarrollo, el ensamblaje y el soporte de la línea Balanset. El instrumento insignia es el Balanset-1A, un analizador portátil para el balanceo en uno y dos planos y para el diagnóstico de vibraciones. Nikolai participa personalmente en la atención al cliente, en la resolución de casos difíciles de balanceo y en el desarrollo del software. Trabaja con clientes de todo el mundo, en cualquier idioma.
