ISO 20816-8 Límites de vibración para compresores alternativos

¿Qué es la norma ISO 20816-8 y por qué es importante para los compresores alternativos?

La norma ISO 20816-8 es la norma internacional que define los criterios de evaluación de la severidad de las vibraciones, específicamente para compresores alternativos, incluyendo los de gas de proceso, aire y refrigeración. Establece cuatro zonas de vibración (A, B, C, D) basadas en la velocidad medida en mm/s RMS, lo que ayuda a los ingenieros a determinar si un compresor funciona dentro de los límites aceptables o requiere medidas correctivas.

Los compresores alternativos son fundamentalmente diferentes de las máquinas rotativas, como los compresores centrífugos o axiales. El mecanismo de pistón-manivela y las fuerzas pulsantes del gas, inherentes a los diseños alternativos, producen niveles de vibración significativamente más altos durante el funcionamiento normal. Por ello, la norma ISO 20816-8 existe como parte independiente de la familia ISO 20816: aplicar los límites de las normas para máquinas rotativas (como la ISO 20816-3) a los compresores alternativos daría lugar a evaluaciones engañosas y demasiado conservadoras.

En Límites de vibración: compresores alternativos La herramienta en línea gratuita de este kit de ingeniería implementa la clasificación de zonas ISO 20816-8 en una calculadora basada en navegador. Los ingenieros pueden introducir la velocidad de vibración medida, seleccionar el tipo de compresor y el tipo de cimentación, y obtener al instante la zona de vibración aplicable junto con recomendaciones operativas, sin necesidad de hojas de cálculo ni búsquedas manuales en tablas.

¿Cuáles son los límites de la zona de vibración ISO 20816-8 para cimentaciones rígidas?

Para compresores alternativos montados sobre cimentaciones rígidas de hormigón o bloques de acero acoplados directamente a la estructura del edificio, la norma ISO 20816-8 define tres límites de zona: A/B a 7,1 mm/s RMS, B/C a 14,0 mm/s RMS y C/D a 28,0 mm/s RMS. La zona A representa un compresor recién puesto en servicio o en excelente estado, mientras que la zona D indica una vibración lo suficientemente intensa como para causar daños.

Límite de zona	Límite de velocidad (mm/s RMS)	Interpretación operativa
A/B	7.1	Transición de recién puesto en servicio (excelente) a aceptable para operación a largo plazo
ANTES DE CRISTO	14.0	Transición de operación aceptable a restringida: se recomienda investigación
CD	28.0	Transición de restringido a peligroso: riesgo de daños si la operación continúa

Las cimentaciones rígidas son el método de instalación más común para compresores de gas de proceso de gran tamaño en refinerías y plantas químicas. La masa y la rigidez de la cimentación limitan el movimiento del bastidor, por lo que los límites de zona son menores en comparación con las instalaciones flexibles (aisladas por resortes). Una lectura de 12 mm/s RMS en un compresor de gas de proceso con cimentación rígida, por ejemplo, se encuentra dentro de la Zona B, lo que permite un funcionamiento sin restricciones a largo plazo.

¿Cuáles son los límites de la zona de vibración ISO 20816-8 para cimentaciones flexibles (aisladas por resortes)?

Para compresores alternativos montados sobre cimentaciones flexibles o con aislamiento por resorte, la norma ISO 20816-8 permite límites de vibración más altos: A/B a 9,0 mm/s RMS, B/C a 18,0 mm/s RMS y C/D a 36,0 mm/s RMS. Estas mayores tolerancias se deben a que el aislamiento por resorte permite un mayor movimiento del bastidor, a la vez que reduce la vibración transmitida a la estructura circundante.

Límite de zona	Cimentación rígida (mm/s RMS)	Fundación flexible (mm/s RMS)	Factor de aumento
A/B	7.1	9.0	×1,27
ANTES DE CRISTO	14.0	18.0	×1,29
CD	28.0	36.0	×1,29

Las instalaciones con aislamiento por resorte son comunes para compresores de aire y compresores de refrigeración en edificios donde se debe minimizar la transmisión de vibraciones a la estructura. La cimentación flexible permite que el bastidor del compresor se mueva con mayor libertad a bajas frecuencias, absorbiendo las fuerzas de inercia en lugar de transmitirlas. Los ingenieros deben identificar correctamente el tipo de cimentación antes de utilizarla. Límites de vibración: compresores alternativos herramienta; seleccionar el tipo de base incorrecto puede cambiar la clasificación de la zona en una zona completa y conducir a decisiones de mantenimiento incorrectas.

¿Cómo se comparan los límites de vibración del compresor alternativo con los límites de la máquina rotatoria?

Los compresores alternativos presentan niveles de vibración aceptables significativamente más altos que las máquinas rotativas. El límite superior de la Zona A para compresores alternativos sobre cimientos rígidos es de 7,1 mm/s RMS, aproximadamente 2,5 veces el límite típico de la Zona A de 2,8 mm/s RMS para máquinas rotativas según la norma ISO 20816-3. Esta diferencia se debe a que el mecanismo alternativo genera inherentemente una vibración más alta que la que se considera normal en funcionamiento.

Parámetro	Compresores alternativos (ISO 20816-8, rígidos)	Máquinas rotativas (ISO 20816-3, Grupo 2)	Relación
Límite de la zona A/B	7,1 mm/s RMS	2,8 mm/s RMS	2,5×
Límite de la zona B/C	14,0 mm/s RMS	7,1 mm/s RMS	2.0×
Límite de la zona C/D	28,0 mm/s RMS	18,0 mm/s RMS	1.6×
Fuente primaria de vibración	Fuerzas de inercia del pistón y la manivela, pulsación del gas	Desequilibrio del rotor, desalineación	—
Contenido de frecuencia dominante	1×, 2× y órdenes superiores de velocidad de carrera	Principalmente 1× velocidad de carrera	—

Esta comparación destaca un principio de ingeniería crucial: los límites de vibración son específicos para cada tipo de máquina. Aplicar límites de máquina rotatoria a un compresor alternativo provocaría que casi todas las unidades se detectaran por vibración excesiva, lo que provocaría paradas innecesarias y un desperdicio de recursos de mantenimiento. Por el contrario, aplicar límites alternativos a un compresor centrífugo podría permitir que vibraciones realmente peligrosas pasen desapercibidas. Límites de vibración: compresores alternativos La herramienta garantiza que se aplique automáticamente el estándar correcto según la selección de máquina del usuario.

¿Qué significan las cuatro zonas de vibración (A, B, C, D) en la norma ISO 20816-8?

Las cuatro zonas de la norma ISO 20816-8 clasifican la severidad de la vibración en categorías procesables: la Zona A representa una condición excelente típica de máquinas recién puestas en servicio, la Zona B indica un funcionamiento aceptable a largo plazo, la Zona C significa que la vibración ha alcanzado niveles que requieren investigación y funcionamiento restringido, y la Zona D señala un riesgo de daño inminente que requiere una acción inmediata.

1. Zona A — Niveles de vibración típicos de compresores alternativos recién puestos en servicio o revisados. No se requiere ninguna acción. Este es el objetivo base para las pruebas de aceptación.
2. Zona B — Niveles de vibración aceptables para un funcionamiento prolongado sin restricciones. La mayoría de los compresores en servicio rutinario operan dentro de esta zona. El monitoreo debe continuar a intervalos regulares.
3. Zona C — Niveles de vibración inaceptables para un funcionamiento continuo. El compresor podría funcionar durante un periodo limitado mientras se planifican las medidas correctivas, pero se debe iniciar de inmediato la investigación para determinar la causa raíz. Entre las causas comunes se incluyen guías de cruceta desgastadas, pernos de cimentación sueltos o resonancia de pulsaciones de gas.
4. Zona D — Niveles de vibración lo suficientemente altos como para causar daños rápidos al compresor, las tuberías o la cimentación. Se recomienda la parada inmediata o la reducción de la carga. El funcionamiento continuo en la Zona D puede provocar fallos catastróficos en los cojinetes, el cigüeñal o los componentes que contienen presión.

El sistema de zonas proporciona un marco de comunicación universal entre los equipos de operaciones, mantenimiento e ingeniería de confiabilidad. En lugar de debatir si un valor de vibración específico es "alto" o "bajo", los equipos pueden consultar la clasificación de zonas ISO 20816-8 para tomar decisiones coherentes en diferentes tipos de compresores e instalaciones.

¿Qué tipos de compresores cubre la norma ISO 20816-8?

La norma ISO 20816-8 abarca las principales categorías de compresores alternativos: compresores de gases de proceso utilizados en refinerías y plantas químicas, compresores de aire industriales para servicios de planta y compresores de refrigeración utilizados en sistemas de climatización (HVAC) y refrigeración industrial. La misma estructura de límites de zona se aplica a los tres tipos, diferenciándose únicamente por el tipo de cimentación (rígida o flexible).

• Compresores de gas de proceso — Máquinas típicamente grandes, multietapa y de baja velocidad (300–600 RPM) que manejan hidrógeno, gas natural, etileno y otros gases de proceso. Generalmente se montan sobre cimientos rígidos de hormigón armado. Estas máquinas representan la aplicación con mayores consecuencias debido a su servicio inflamable o tóxico.
• Compresores de aire — Compresores de aire alternativos de tamaño mediano a grande (normalmente de 500 a 1800 RPM) utilizados para el suministro de aire a la planta. Suelen montarse sobre bases rígidas o flexibles, según los requisitos de la instalación. Los problemas de vibración del compresor de aire suelen deberse a la degradación de las válvulas o al mal funcionamiento del descargador.
• Compresores de refrigeración Compresores alternativos de accionamiento abierto o semiherméticos utilizados en sistemas de refrigeración con amoníaco, enfriadores industriales e instalaciones de almacenamiento en frío. Estos pueden operar a velocidades más altas (900–1750 RPM) y suelen estar aislados por resortes para minimizar la transmisión de ruido y vibraciones a los espacios ocupados.

En Límites de vibración: compresores alternativos La herramienta es compatible con los tres tipos de compresores con valores preestablecidos rápidos adecuados. Por ejemplo, incluye valores preestablecidos de 12 mm/s para un compresor de proceso sobre una base rígida (Zona B), 20 mm/s para un compresor de aire (Zona C sobre base rígida, Zona C sobre base flexible) y 8 mm/s para un compresor de refrigeración (Zona B sobre base rígida, Zona A sobre base flexible).

¿Por qué la vibración de tuberías inducida por pulsaciones no está cubierta por la norma ISO 20816-8?

La norma ISO 20816-8 aborda únicamente la vibración del bastidor y la carcasa de cojinetes del propio compresor. La vibración de las tuberías inducida por pulsaciones —que suele ser el problema de vibración más crítico en las instalaciones de compresores alternativos— debe evaluarse por separado utilizando normas como las Directrices del Instituto de Energía para la Evitación de Fallas por Fatiga Inducidas por Vibración en Tuberías de Proceso o los requisitos del estudio de pulsaciones API 618.

Los compresores reciprocantes generan pulsaciones de presión de gas a múltiplos de la velocidad de funcionamiento y el número de cilindros. Estas pulsaciones se propagan a través del sistema de tuberías conectado y pueden excitar las frecuencias naturales mecánicas de tramos de tuberías, conexiones de pequeño calibre y tuberías de instrumentación. Según una encuesta del Instituto de Energía de 2019, la fatiga por vibración en tuberías es responsable de aproximadamente el 20% de todas las emisiones de hidrocarburos en la industria upstream de petróleo y gas, lo que la convierte en una de las principales causas de incidentes de pérdida de contención.

La distinción es importante: un compresor puede presentar una vibración del bastidor perfectamente aceptable (Zona A o B según la norma ISO 20816-8) y, al mismo tiempo, una vibración de las tuberías lo suficientemente intensa como para causar una falla por fatiga en cuestión de semanas. Los ingenieros que realizan evaluaciones de vibración en instalaciones de compresores alternativos siempre deben evaluar tanto la vibración del bastidor del compresor según la norma ISO 20816-8 como la vibración asociada de las tuberías según las normas aplicables.

¿Cómo se utiliza la herramienta gratuita en línea de evaluación de vibraciones ISO 20816-8?

En Límites de vibración: compresores alternativos La herramienta en línea gratuita requiere tres datos: tipo de compresor (gas de proceso, aire o refrigeración), tipo de cimentación (rígida o flexible) y la velocidad de vibración medida en mm/s RMS. La herramienta devuelve al instante la zona de vibración aplicable, los valores límite de la zona y una recomendación operativa basada en los criterios de la norma ISO 20816-8.

1. Seleccione el tipo de compresor — Elija entre compresor de gas de proceso, compresor de aire o compresor de refrigeración. Si bien los límites de zona son actualmente los mismos para los tres tipos, esta selección permite un contexto adecuado para el texto de la recomendación y facilita futuras revisiones de la norma que puedan diferenciar según el tipo de compresor.
2. Seleccione el tipo de base — Elija entre Cimentación Rígida o Flexible (Aislada por Resortes). Esta selección determina qué conjunto de límites de zona se aplica. En caso de duda, inspeccione el montaje del compresor: las cimentaciones rígidas tienen el bastidor atornillado directamente al hormigón o al acero; las cimentaciones flexibles tienen elementos de aislamiento de resorte o caucho visibles entre el bastidor y la estructura de soporte.
3. Introduzca la velocidad medida — Introduzca la velocidad de vibración total en mm/s RMS, medida en el bastidor del compresor o en la caja de cojinetes. Las mediciones deben tomarse en la dirección de máxima vibración, generalmente horizontal, perpendicular al eje del cigüeñal.
4. Revisar resultados — La herramienta muestra un indicador de zona codificado por colores (A = verde, B = amarillo, C = naranja, D = rojo), el valor medido relativo a los límites de la zona y una recomendación operativa específica.

Hay preajustes rápidos disponibles para escenarios comunes: un compresor de proceso sobre una base rígida a 12 mm/s, un compresor de aire a 20 mm/s y un compresor de refrigeración a 8 mm/s. Estos preajustes permiten a los ingenieros explorar rápidamente la funcionalidad de la herramienta y comprender cómo funcionan las clasificaciones de zonas antes de introducir sus propios datos de medición.

¿Qué prácticas de medición se recomiendan para las evaluaciones ISO 20816-8?

Las evaluaciones según la norma ISO 20816-8 exigen mediciones de la velocidad de vibración en mm/s RMS en el bastidor del compresor o en las carcasas de los cojinetes principales. Las mediciones deben realizarse en condiciones de funcionamiento estable en los tres ejes (horizontal, vertical y axial), utilizándose el valor más alto para la clasificación por zonas. Se recomiendan mediciones de banda ancha que cubran al menos 10–1000 Hz.

• Parámetro de medición: Velocidad, mm/s RMS (raíz cuadrada media). No utilice valores de pico ni de pico a pico, ya que sobreestimarán la gravedad en un rango de 40 a 1001 TP3T, dependiendo de las características de la forma de onda.
• Ubicaciones de medición: Alojamientos de cojinetes de bancada, alojamientos de guía de cruceta y superficies del chasis cerca de la línea central del cigüeñal. Evite medir en tapas delgadas, tapas de válvulas o tuberías; estas ubicaciones muestran una amplificación de resonancia local que no representa la vibración del chasis.
• Rango de frecuencia: Medición de banda ancha que abarca al menos de 2 Hz a 1000 Hz. Los compresores alternativos generan una energía considerable a bajas frecuencias (1x y 2x de velocidad de funcionamiento), por lo que es esencial contar con instrumentos con una respuesta adecuada a bajas frecuencias. Los acelerómetros estándar con filtros de paso alto configurados por encima de 10 Hz pueden no detectar contenido crítico de bajas frecuencias.
• Condiciones de funcionamiento: Las mediciones deben realizarse con carga de funcionamiento normal y estable. La vibración durante el arranque, la parada o el funcionamiento sin carga no es representativa y no debe utilizarse para la clasificación de zonas.
• Número de lecturas: Realice al menos tres mediciones consecutivas en cada punto para verificar la repetibilidad. La vibración del compresor alternativo puede variar según la carga de gas, el estado de la válvula y el estado térmico.

¿Cómo encaja la norma ISO 20816-8 dentro de la familia de normas ISO 20816?

La norma ISO 20816-8 es una de las diversas partes específicas para máquinas dentro de la familia de normas de evaluación de vibraciones ISO 20816. Cada parte aborda una categoría de máquina diferente, con límites de zona calibrados según las características de vibración de ese tipo de equipo específico. Esta familia reemplazó y consolidó las antiguas series ISO 10816 e ISO 7919.

Pieza estándar	Tipo de máquina	Diferencia clave con la norma ISO 20816-8
ISO 20816-1	Directrices generales	Norma marco; no proporciona límites de zona específicos
ISO 20816-3	Máquinas industriales (bombas, motores, ventiladores, compresores > 15 kW)	Sólo para máquinas rotativas; límites de vibración significativamente más bajos
ISO 20816-5	Turbinas hidráulicas y turbinas-bomba	Cubre tanto la vibración estructural como del eje en generadores hidroeléctricos.
ISO 20816-8	Compresores alternativos	Los límites de las zonas más altas reflejan las fuerzas del mecanismo alternativo
ISO 20816-9	Unidades de engranajes	Tiene en cuenta las frecuencias de engranaje y las fuerzas de engrane de los dientes.
ISO 20816-21	turbinas eólicas	Aborda la vibración de la góndola y la torre bajo cargas de viento variables

Comprender el lugar que ocupa la norma ISO 20816-8 en esta familia ayuda a los ingenieros a evitar un error común: usar la parte incorrecta de la norma para su máquina específica. Un ingeniero de confiabilidad que trabaja en una refinería, por ejemplo, podría necesitar la norma ISO 20816-3 para bombas y motores centrífugos, la ISO 20816-8 para compresores alternativos y la ISO 20816-9 para cajas de engranajes, todo dentro de la misma planta.

Preguntas frecuentes

¿Qué nivel de vibración es aceptable para un compresor alternativo?

Para compresores alternativos sobre cimentaciones rígidas, una velocidad de vibración de hasta 7,1 mm/s RMS se considera excelente (Zona A), y de hasta 14,0 mm/s RMS es aceptable para un funcionamiento a largo plazo sin restricciones (Zona B), según la norma ISO 20816-8. Para cimentaciones flexibles (con aislamiento de resortes), estos límites aumentan a 9,0 y 18,0 mm/s RMS, respectivamente.

¿Puedo utilizar los límites ISO 20816-3 para un compresor alternativo?

No. La norma ISO 20816-3 se aplica exclusivamente a máquinas rotativas. Los compresores alternativos generan vibraciones inherentemente más altas debido al mecanismo de pistón-manivela, y sus niveles aceptables son aproximadamente de 2 a 2,5 veces superiores a los límites de las máquinas rotativas. Utilice siempre la norma ISO 20816-8 para compresores alternativos a fin de evitar falsas alarmas y paradas innecesarias.

¿Cuál es la diferencia entre los límites de cimentación rígida y flexible en ISO 20816-8?

Los límites de cimentación flexible (aislamiento por resorte) son aproximadamente 27–29% más altos que los límites de cimentación rígida en todos los límites de zona. Por ejemplo, el límite A/B es de 7,1 mm/s para cimentaciones rígidas frente a 9,0 mm/s para cimentaciones flexibles. Esto explica el movimiento adicional del bastidor que permite el sistema de aislamiento, que reduce la vibración transmitida a costa de un mayor desplazamiento a nivel de la máquina.

¿La norma ISO 20816-8 cubre la vibración de las tuberías en compresores alternativos?

La norma ISO 20816-8 solo cubre la vibración del bastidor del compresor y la carcasa de cojinetes. La vibración de las tuberías inducida por pulsaciones, que suele ser el problema más crítico, debe evaluarse por separado utilizando normas como las directrices del Instituto de Energía o realizando un estudio de pulsaciones y respuesta mecánica según API 618 durante la fase de diseño.

¿Debo medir la vibración en desplazamiento, velocidad o aceleración para ISO 20816-8?

Los límites de zona de la norma ISO 20816-8 se definen en velocidad, específicamente en mm/s RMS. Utilice mediciones de velocidad de banda ancha que cubran al menos 2–1000 Hz. Si su instrumento mide aceleración, asegúrese de que tenga integración basada en software para convertir a velocidad con una respuesta adecuada a baja frecuencia, ya que los compresores alternativos producen una energía significativa a velocidades de funcionamiento de 1x y 2x (a menudo por debajo de 20 Hz).

¿Con qué frecuencia se debe medir la vibración en los compresores alternativos?

Si bien la norma ISO 20816-8 no prescribe un intervalo de monitoreo específico, las mejores prácticas de la industria recomiendan mediciones mensuales basadas en rutas para compresores no críticos y monitoreo continuo en línea para compresores de gas de proceso críticos. Las máquinas que operan en la Zona C deben monitorearse con mayor frecuencia (semanal o continua) hasta que se implementen las medidas correctivas.

¿Cuáles son las causas comunes de alta vibración en los compresores alternativos?

Las causas comunes incluyen empaquetaduras desgastadas de la cruceta o del vástago del pistón, pernos de cimentación sueltos, cilindros opuestos desequilibrados, válvulas del compresor deterioradas o con fugas, resonancia de pulsación de gas en el sistema de tuberías, desalineación entre el compresor y el motor, y desgaste del cigüeñal o de los cojinetes. El contenido específico de la frecuencia de vibración (análisis espectral) ayuda a distinguir entre estas causas raíz.

¿La herramienta Límites de vibración: compresores alternativos es de uso gratuito?

Sí. La herramienta "Límites de Vibración — Compresores Reciprocantes" es una calculadora de ingeniería gratuita basada en navegador (Herramienta de Ingeniería Gratuita #024) que implementa la clasificación de zonas según la norma ISO 20816-8. No requiere registro, instalación de software ni pago. Los ingenieros pueden introducir los valores de vibración medidos y recibir una clasificación de zonas instantánea con recomendaciones operativas.