ISO 10816-1: Norma de evaluación de vibraciones de máquinas ISO 10816-1: Norma de evaluación de vibraciones de máquinas
ISO 10816-1: Evaluación de la vibración de la máquina en piezas no giratorias
Normas ISO - Diagnóstico de vibraciones

Norma ISO 10816-1 e implementación instrumental del diagnóstico de vibraciones mediante el sistema Balanset-1A

Sensor de vibración

Sensor óptico (Tacómetro láser)

Balanset-4

Pie Magnético Tamaño-60-kgf

Cinta reflectante

Un análisis exhaustivo de los requisitos internacionales de severidad de las vibraciones, la metodología de clasificación de zonas y las mediciones prácticas con equipos de equilibrado portátiles.

Referencia rápida: Gravedad de las vibraciones - ISO 10816-1 (Anexo B)

Velocidad de vibración RMS (mm/s) - Banda ancha 10-1000 Hz - Medida en piezas no giratorias
Zona Clase I
Máquinas pequeñas ≤15 kW
Clase II
Media 15-75 kW
Clase III
Base grande y rígida
Clase IV
Base grande y flexible
A - Bien < 0.71 < 1.12 < 1.80 < 2.80
B - Satisfactorio 0.71 - 1.80 1.12 - 2.80 1.80 - 4.50 2.80 - 7.10
C - Insatisfactorio 1.80 - 4.50 2.80 - 7.10 4.50 - 11.20 7.10 - 18.00
D - Inaceptable > 4.50 > 7.10 > 11.20 > 18.00

Referencia rápida: Gravedad de las vibraciones - ISO 10816-3 (Máquinas industriales)

Velocidad de vibración RMS (mm/s) - Bombas, ventiladores, compresores, motores de más de 15 kW - 120-15.000 rpm
Zona Grupo 1 (>300 kW)
Cimientos rígidos
Grupo 1 (>300 kW)
Cimientos flexibles
Grupo 2 (15-300 kW)
Cimientos rígidos
Grupo 2 (15-300 kW)
Cimientos flexibles
A - Bien < 2,3 < 3,5 < 1,4 < 2,3
B - Satisfactorio 2,3 – 4,5 3,5 – 7,1 1,4 – 2,8 2,3 – 4,5
C - Insatisfactorio 4,5 – 7,1 7,1 – 11,0 2,8 – 4,5 4,5 – 7,1
D - Inaceptable > 7.1 > 11,0 > 4.5 > 7.1

Resumen

Este informe presenta un análisis exhaustivo de los requisitos normativos internacionales relativos al estado de vibración de los equipos industriales definidos en la norma ISO 10816-1 y sus normas derivadas. El documento repasa la evolución de la normalización desde la norma ISO 2372 hasta la actual ISO 20816, explica el significado físico de los parámetros medidos y describe la metodología para evaluar la gravedad de las condiciones de vibración. Se presta especial atención a la aplicación práctica de estas normas utilizando el sistema portátil de equilibrado y diagnóstico Balanset-1A. El informe contiene una descripción detallada de las características técnicas del instrumento, los algoritmos de su funcionamiento en los modos de vibrómetro y equilibrado, y las directrices metodológicas para realizar mediciones que garanticen el cumplimiento de los criterios de fiabilidad y seguridad de la maquinaria rotativa.

Capítulo 1. Fundamentos teóricos del diagnóstico de vibraciones y evolución de la normalización

1.1. Naturaleza física de la vibración y selección de los parámetros de medición

La vibración, como parámetro de diagnóstico, es el indicador más informativo del estado dinámico de un sistema mecánico. A diferencia de la temperatura o la presión, que son indicadores integrales y a menudo reaccionan ante los fallos con retraso, la señal de vibración transmite información sobre las fuerzas que actúan dentro del mecanismo en tiempo real.

La norma ISO 10816-1, al igual que sus predecesoras, se basa en la medición de la velocidad de vibración. Esta elección no es casual y se deriva de la naturaleza energética del daño. La velocidad de vibración es directamente proporcional a la energía cinética de la masa oscilante y, por lo tanto, a las tensiones por fatiga que se producen en los componentes de la máquina.

El diagnóstico de vibraciones utiliza tres parámetros principales, cada uno con su propio campo de aplicación:

Desplazamiento por vibración (Desplazamiento): La amplitud de oscilación medida en micrómetros (µm). Este parámetro es fundamental para las máquinas de baja velocidad (por debajo de 600 rpm) y para evaluar las holguras en los cojinetes de deslizamiento, donde es importante evitar el contacto entre el rotor y el estator. En el contexto de la norma ISO 10816-1, el desplazamiento tiene un uso limitado porque a altas frecuencias incluso pequeños desplazamientos pueden generar fuerzas destructivas.

Velocidad de vibración (Velocidad): La velocidad del punto superficial medida en milímetros por segundo (mm/s). Es el parámetro universal para la gama de frecuencias de 10 a 1000 Hz, que abarca los principales defectos mecánicos: desequilibrio, desalineación y holgura. La norma ISO 10816 adopta la velocidad de vibración como principal criterio de evaluación. La norma especifica el valor RMS (valor cuadrático medio), que caracteriza la energía media de la vibración.

Aceleración de vibración (Aceleración): Tasa de cambio de la velocidad de vibración medida en metros por segundo al cuadrado (m/s²) o en unidades g (1 g = 9,81 m/s²). La aceleración caracteriza las fuerzas de inercia y es más sensible a los procesos de alta frecuencia (a partir de 1.000 Hz), como los defectos de rodamientos en fase inicial, los problemas de engranajes y los fallos eléctricos en motores.

¿Por qué RMS? La norma ISO 10816-1 se centra en las vibraciones de banda ancha en el intervalo de 10-1000 Hz. El instrumento debe integrar la energía de todas las oscilaciones dentro de esta banda y emitir un único valor RMS. El uso del valor RMS en lugar del valor pico se justifica porque el RMS caracteriza la potencia total del proceso oscilatorio a lo largo del tiempo, lo que es más relevante para evaluar el impacto térmico y de fatiga en el mecanismo. La relación matemática es VRMS = Vcima / √2 para una señal sinusoidal pura, pero en la práctica la vibración del mundo real es una superposición de muchas frecuencias, lo que hace que la RMS sea la única métrica de energía correcta.

1.2. Contexto histórico: de la norma ISO 2372 a la norma ISO 20816

Para comprender los requisitos actuales es necesario analizar su evolución histórica. La evolución de las normas sobre vibraciones abarca más de cinco décadas:

1974
ISO 2372 - Primera norma mundial sobre la gravedad de las vibraciones
Se introduce la clasificación de las máquinas según su potencia en cuatro clases (Clase I - Clase IV) y se definen zonas de evaluación (A, B, C, D). También introdujo los grados de gravedad de las vibraciones VDI 2056 (gravedad de las vibraciones de 0,28 a 71). Aunque se retiró oficialmente en 1995, la terminología y la lógica de esta norma siguen utilizándose ampliamente en la práctica de la ingeniería en la actualidad.
1986
ISO 3945 - Orientación sobre las condiciones operativas
Ha completado la norma ISO 2372 con orientaciones sobre los procedimientos de medición en condiciones operativas. Introdujo el concepto de medición in situ frente a las pruebas de aceptación. Esta norma se fusionó posteriormente con la ISO 10816-1.
1995
ISO 10816-1 - Directrices generales (Enfoque actual)
Sustituyó a las normas ISO 2372 e ISO 3945. Su principal innovación fue una distinción más clara de los requisitos en función del tipo de cimentación (rígida o flexible). Se convirtió en el documento "paraguas" que definía los principios generales (Parte 1), mientras que los valores límite específicos para los distintos tipos de máquinas se trasladaron a las partes posteriores (Partes 2-7).
1998-2009
ISO 10816 Partes 2-7 - Normas específicas para máquinas
Se publicaron una serie de partes especializadas: Parte 2 (turbinas de vapor >50 MW), Parte 3 (máquinas industriales >15 kW), Parte 4 (turbinas de gas), Parte 5 (máquinas hidráulicas), Parte 6 (máquinas alternativas), Parte 7 (bombas rotodinámicas). Cada una de ellas establece límites específicos adaptados a cada tipo de máquina.
2016-Presente
ISO 20816 - Serie Moderna Unificada
La iteración moderna. La norma ISO 20816 combina las series 10816 (vibración de piezas no giratorias) y 7919 (vibración de ejes giratorios) en un único marco unificado. La norma ISO 20816-1:2016 sustituyó a la norma ISO 10816-1:1995. Para la mayoría de las máquinas industriales de uso general, la metodología de la norma ISO 10816 sigue siendo dominante.

Este informe se centra en las normas ISO 10816-1 e ISO 10816-3, ya que estos documentos son las principales herramientas de trabajo para aproximadamente el 90% de los equipos industriales diagnosticados con instrumentos portátiles como el Balanset-1A.

Capítulo 2. Análisis detallado de la metodología ISO 10816-1

2.1. Alcance y limitaciones

La norma ISO 10816-1 se aplica a las mediciones de vibraciones realizadas en piezas no giratorias de máquinas (cajas de cojinetes, pies, bastidores de soporte). La norma no se aplica a las vibraciones causadas por el ruido acústico y no cubre las máquinas alternativas (que están cubiertas por la norma ISO 10816-6), las cuales generan fuerzas inerciales específicas debido a su principio de funcionamiento.

Un aspecto fundamental es que la norma regula las mediciones in situ, es decir, en condiciones reales de funcionamiento, y no solo en un banco de pruebas. Esto significa que los límites tienen en cuenta la influencia de los cimientos reales, las conexiones de las tuberías y las condiciones de carga de funcionamiento.

Limitación clave: La norma ISO 10816-1 establece directrices generales. Los límites de zona de su anexo B son valores recomendados basados en la experiencia acumulada. Cuando se disponga de límites de vibración específicos del fabricante, éstos tendrán prioridad. La norma indica explícitamente que los valores tabulados están pensados para situaciones en las que no existen criterios específicos.

2.2. Clasificación de equipos

Un elemento clave de la metodología es la división de todas las máquinas en clases. Aplicar los límites de la Clase IV a una máquina de Clase I puede hacer que un ingeniero pase por alto una condición peligrosa, mientras que lo contrario puede provocar paradas injustificadas de equipos en buen estado.

Tabla 2.1. Clasificación de máquinas según la norma ISO 10816-1

Clase Descripción Máquinas típicas Tipo de fundación
Clase I Piezas individuales de motores y máquinas, conectadas estructuralmente al conjunto. Máquinas pequeñas. Motores eléctricos de hasta 15 kW. Bombas pequeñas, accionamientos auxiliares. Cualquier
Clase II Máquinas de tamaño mediano sin cimientos especiales. Motores eléctricos de 15 a 75 kW. Motores de hasta 300 kW sobre base rígida. Bombas, ventiladores. Normalmente rígido
Clase III Grandes motores primarios y otras máquinas grandes con masas giratorias. Turbinas, generadores, bombas de alta potencia (>75 kW). Rígido
Clase IV Grandes motores primarios y otras máquinas grandes con masas giratorias. Turbogeneradores, turbinas de gas (>10 MW). Flexible

Problema de identificar el tipo de cimentación (rígida frente a flexible)

La norma define una cimentación como rígida si la primera frecuencia natural del sistema "máquina-cimentación" está por encima de la frecuencia de excitación principal (frecuencia de rotación). Una cimentación es flexible si su frecuencia natural es inferior a la frecuencia de rotación.

En la práctica, esto significa:

  • Una máquina atornillada al suelo de hormigón macizo de un taller suele pertenecer a una clase con una base rígida.
  • Una máquina montada sobre aislantes de vibraciones (muelles, almohadillas de goma) o sobre un bastidor de acero ligero (por ejemplo, una estructura de nivel superior) pertenece a una clase con una base flexible.
  • La misma máquina física puede cambiar de clase si se traslada de una base a otra: es fundamental tener esto en cuenta al trasladar equipos.

Error común: Muchos ingenieros asumen que cualquier estructura de acero es "rígida". En realidad, una máquina sobre una entreplanta de acero suele tener un soporte flexible porque la frecuencia natural de la entreplanta suele ser inferior a la velocidad de funcionamiento de la máquina. Compruebe siempre la frecuencia natural de la estructura de soporte.

2.3. Zonas de evaluación de vibraciones

En lugar de una evaluación binaria "bueno/malo", la norma ofrece una escala de cuatro zonas que favorece el mantenimiento basado en el estado:

Zona A - Buena

Nivel de vibración para máquinas recién puestas en servicio o después de una revisión importante. Esta es la condición de referencia que indica un excelente equilibrio dinámico y una instalación adecuada.

Zona B - Satisfactoria

Máquinas aptas para un funcionamiento a largo plazo sin restricciones. El nivel de vibraciones es superior al ideal, pero no pone en peligro la fiabilidad. No es necesario tomar medidas.

Zona C - Insatisfactoria

Máquinas no aptas para un funcionamiento continuo a largo plazo. Degradación acelerada de rodamientos y juntas. Funcionamiento durante un tiempo limitado bajo supervisión reforzada hasta la siguiente ventana de mantenimiento.

Zona D - Inaceptable

Niveles de vibración que pueden causar un fallo catastrófico. Se requiere la parada inmediata. Si se mantiene el funcionamiento, se corre el riesgo de que se produzcan daños graves en el equipo, riesgos para la seguridad y daños colaterales en los sistemas adyacentes.

2.4. Valores límite de vibración

La tabla siguiente resume los valores límite de la velocidad de vibración RMS (mm/s) según el anexo B de la norma ISO 10816-1. Estos valores son empíricos y sirven de orientación si no se dispone de las especificaciones del fabricante.

Tabla 2.2. Valores límite de zona (ISO 10816-1 Anexo B)

Límite de zona Clase I (mm/s) Clase II (mm/s) Clase III (mm/s) Clase IV (mm/s)
A / B 0.71 1.12 1.80 2.80
B / C 1.80 2.80 4.50 7.10
C / D 4.50 7.10 11.20 18.00

Comparación visual: Límites de zona por clase de máquina

Clase I
<0.71
0.71-1.8
1,8–4,5
>4.5
Clase II
<1.12
1.12-2.8
2.8-7.1
>7.1
Clase III (rígida)
<1.8
1,8–4,5
4,5–11,2
>11,2
Clase IV (flexible)
<2.8
2.8-7.1
7.1-18
>18

Interpretación analítica. Considere el valor 4,5 mm/s. Para las máquinas pequeñas (Clase I), éste es el límite de la condición de emergencia (C/D), que requiere la parada. Para las máquinas medianas (Clase II), se trata del centro de la zona "requiere atención". Para máquinas grandes sobre cimentación rígida (Clase III), es sólo el límite entre las zonas "satisfactoria" e "insatisfactoria". Para las máquinas sobre una base flexible (Clase IV), se trata de un nivel de vibración de funcionamiento normal (Zona B). Esta progresión demuestra el riesgo de utilizar límites universales sin una clasificación adecuada.

2.5. Dos criterios de evaluación: Valor absoluto frente a cambio relativo

La norma ISO 10816-1 define dos criterios de evaluación independientes que deben aplicarse simultáneamente:

Criterio I - Magnitud de las vibraciones: La velocidad de vibración RMS absoluta de banda ancha comparada con los límites de zona. Este es el criterio principal descrito en las tablas anteriores.

Criterio II - Cambio en la vibración: Un cambio significativo (aumento o disminución) en el nivel de vibración en relación con la línea de base establecida, independientemente de si el nivel absoluto cruza un límite de zona. Un cambio repentino de más de 25% en el nivel de vibración puede indicar un fallo en desarrollo aunque la máquina permanezca en la zona B. Por el contrario, un descenso repentino puede indicar que ha fallado un acoplamiento o que se ha roto un componente.

Consejo práctico: Registre siempre los niveles de vibración de referencia durante la puesta en marcha o después del mantenimiento. La tendencia de los datos de vibraciones a lo largo del tiempo suele ser más valiosa que una medición puntual. El software Balanset-1A permite guardar los resultados de las mediciones para compararlos.

Capítulo 3. Panorama completo de la serie ISO 10816 / 20816

La norma ISO 10816 se publicó como una serie de varias partes, en la que la Parte 1 proporciona el marco general y las partes posteriores definen los requisitos específicos para los distintos tipos de máquinas. Comprender qué parte se aplica a su equipo específico es esencial para una evaluación correcta.

Tabla 3.0. Lista completa de piezas ISO 10816 y sus sustitutos ISO 20816.

ISO 10816 Parte Tipo de máquina / Alcance Sustituido por (ISO 20816) Parámetros clave
10816-1:1995 Directrices generales para todas las máquinas 20816-1:2016 Velocidad RMS, 10-1000 Hz
10816-2:2009 Turbinas y generadores de vapor >50 MW en tierra 20816-2:2017 Velocidad RMS + Desplazamiento pico a pico
10816-3:2009 Máquinas industriales >15 kW, 120-15.000 rpm (ventiladores, bombas, compresores, motores) 20816-3 (en desarrollo) Velocidad RMS, 10-1000 Hz
10816-4:2009 Conjuntos propulsados por turbina de gas, excluidos los derivados aeronáuticos 20816-4:2018 Velocidad RMS + Desplazamiento
10816-5:2000 Máquinas hidráulicas >1 MW o con velocidad >600 rpm (turbinas hidráulicas, bombas) 20816-5:2018 Velocidad RMS + Desplazamiento
10816-6:1995 Máquinas alternativas >100 kW 20816-8:2018 Velocidad RMS (bandas modificadas)
10816-7:2009 Bombas rotodinámicas (incl. centrífugas, de flujo mixto) 20816-7 (en desarrollo) Velocidad RMS, 10-1000 Hz
10816-8:2014 Sistemas de compresores alternativos 20816-8:2018 Velocidad RMS

3.1. Serie ISO 7919 (Vibración del eje) - Ahora parte de ISO 20816

Mientras que la norma ISO 10816 se centraba exclusivamente en la vibración de la carcasa, la serie paralela ISO 7919 abordaba la vibración del eje medida mediante sondas de proximidad sin contacto (sensores de corrientes de Foucault). En el caso de la maquinaria rotativa crítica, como las grandes turbinas de vapor, las turbinas de gas y los generadores, la vibración relativa del eje suele ser el parámetro más informativo, ya que mide directamente el movimiento del rotor dentro de los espacios libres de sus rodamientos.

La unificación de estas dos series en la norma ISO 20816 refleja la comprensión moderna de que la supervisión exhaustiva del estado de las máquinas críticas requiere tanto la vibración de la carcasa (para la evaluación estructural) como la vibración del eje (para la evaluación dinámica del rotor).

3.2. Normas internacionales relacionadas

La norma ISO 10816 no existe de forma aislada. Varias normas complementarias definen las especificaciones de los sensores, la calidad del equilibrado y la metodología de medición:

Estándar Título / Ámbito Importancia de la norma ISO 10816
ISO 1940-1 Requisitos de calidad del equilibrado de cuerpos rígidos giratorios Define el desequilibrio residual admisible (grados G: G0,4 a G4000). Vinculado directamente a los niveles de vibración alcanzables según ISO 10816.
ISO 2954 Requisitos de los instrumentos de medición de vibraciones Especifica la precisión y la respuesta en frecuencia de los instrumentos utilizados según la norma ISO 10816.
ISO 5348 Montaje mecánico de los acelerómetros Define el montaje correcto del sensor para garantizar mediciones válidas según la norma ISO 10816.
ISO 13373-1/2 Control del estado de las máquinas - vibración Proporciona orientación sobre las técnicas de adquisición de datos y análisis espectral utilizadas junto con las evaluaciones ISO 10816.
ISO 10816-21 Aerogeneradores de eje horizontal con caja de cambios Límites específicos de vibración para aplicaciones de energía eólica.
ISO 14694 Equilibrar los requisitos de calidad de los ventiladores Grados de equilibrio específicos para ventiladores (BV-1 a BV-5) que complementan las zonas de vibración ISO 10816-3.

3.3. Relación entre la calidad de equilibrado ISO 1940 y las zonas de vibración ISO 10816

Una de las preguntas más habituales en la práctica es cómo se relaciona el grado de calidad del equilibrado (valor G según ISO 1940) con las zonas de vibración de la norma ISO 10816. Aunque no existe una fórmula matemática exacta que las vincule (la relación depende de la rigidez del rodamiento, la masa de la máquina y la dinámica del soporte), existe una correlación general:

  • El grado de equilibrado G2.5 (típico para ventiladores, bombas, motores) generalmente alcanza la Zona A o B en máquinas correctamente instaladas.
  • El grado de equilibrio G6.3 (maquinaria general) suele alcanzar la Zona B, pero puede estar en la Zona C para estructuras rígidas y ligeras.
  • El grado de equilibrio G16 (equipos agrícolas, trituradoras) suele corresponder a la Zona C o peor según la norma ISO 10816.

El sistema Balanset-1A puede lograr una calidad de equilibrado G2,5 y superior, lo que contribuye directamente a cumplir los requisitos de la norma ISO 10816 Zona A.

Capítulo 4. Especificaciones de las máquinas industriales: ISO 10816-3

Si bien la norma ISO 10816-1 define el marco general, en la práctica la mayoría de las unidades industriales (bombas, ventiladores, compresores de más de 15 kW) se rigen por la parte 3 de la norma (ISO 10816-3), que es más específica. Es importante comprender la diferencia, ya que Balanset-1A se utiliza a menudo para equilibrar ventiladores y bombas cubiertos por esta parte.

4.1. Grupos de máquinas en ISO 10816-3

A diferencia de las cuatro clases de la Parte 1, la Parte 3 divide las máquinas en dos grupos principales:

Grupo 1: Grandes máquinas con potencia nominal superior a 300 kW, o máquinas eléctricas con altura de eje superior a 315 mm, que funcionen a velocidades comprendidas entre 120 rpm y 15.000 rpm.

Grupo 2: Máquinas medianas con potencia nominal de 15 kW a 300 kW, o máquinas eléctricas con altura de eje de 160 mm a 315 mm, a velocidades de funcionamiento entre 120 rpm y 15.000 rpm.

Nota de alcance: La norma ISO 10816-3 excluye específicamente las máquinas ya cubiertas por otras partes: turbinas de vapor (parte 2), turbinas de gas (parte 4), máquinas hidráulicas (parte 5) y máquinas alternativas (parte 6). También excluye las máquinas con una velocidad de funcionamiento inferior a 120 rpm o superior a 15.000 rpm.

4.2. Límites de vibración en ISO 10816-3

Los límites dependen del tipo de cimentación (Rígida / Flexible), que sigue siendo la misma definición que en la Parte 1.

Tabla 4.1. Límites de vibración según ISO 10816-3 (RMS, mm/s)

Condición (Zona) Grupo 1 (>300 kW) Rígido Grupo 1 (>300 kW) Flexible Grupo 2 (15-300 kW) Rígido Grupo 2 (15-300 kW) Flexible
A (Nuevo) < 2,3 < 3,5 < 1,4 < 2,3
B (Largo plazo) 2,3 – 4,5 3,5 – 7,1 1,4 – 2,8 2,3 – 4,5
C (limitado) 4,5 – 7,1 7,1 – 11,0 2,8 – 4,5 4,5 – 7,1
D (Daño) > 7.1 > 11,0 > 4.5 > 7.1

Síntesis de datos. Si se comparan las tablas ISO 10816-1 e ISO 10816-3, se observa que la norma ISO 10816-3 impone requisitos más estrictos a las máquinas de potencia media (Grupo 2) sobre cimientos rígidos. El límite de la Zona D se fija en 4,5 mm/s, que coincide con el límite de la Clase I de la Parte 1. Esto confirma la tendencia hacia límites más estrictos para equipos modernos, más rápidos y más ligeros. Al utilizar Balanset-1A para diagnosticar un ventilador de 45 kW sobre un suelo de hormigón, debe centrarse en la columna "Grupo 2 / Rígido" de esta tabla, donde la transición a la zona de emergencia se produce a 4,5 mm/s.

4.3. Requisitos adicionales de la norma ISO 10816-3

La norma ISO 10816-3 añade disposiciones importantes más allá de los límites básicos de la zona:

  • Pruebas de aceptación: En las máquinas recién instaladas o reparadas, la vibración debe situarse en la Zona A. Si se sitúa en la Zona B, se recomienda una investigación para determinar la causa.
  • Alarmas operativas: La norma recomienda establecer dos niveles de alarma: ALERTA (normalmente en el límite B/C) y PELIGRO (en el límite C/D). Estos niveles pueden aplicarse en sistemas de supervisión continua.
  • Condiciones transitorias: La norma reconoce que, durante el arranque y la parada, las vibraciones pueden superar temporalmente los límites de estado estacionario, en particular al pasar por velocidades críticas (resonancias).
  • Máquinas acopladas: Para los equipos acoplados (por ejemplo, conjuntos motor-bomba), cada máquina debe evaluarse individualmente utilizando los límites adecuados a su clasificación de grupo.

Capítulo 5. Arquitectura hardware del sistema Balanset-1A Arquitectura hardware del sistema Balanset-1A

Para implementar los requisitos de la norma ISO 10816/20816, se necesita un instrumento que proporcione mediciones precisas y repetibles y que se ajuste a los rangos de frecuencia requeridos. El sistema Balanset-1A desarrollado por Vibromera es una solución integrada que combina las funciones de un analizador de vibraciones de dos canales y un instrumento de equilibrado de campo.

5.1. Canales de medición y sensores

El sistema Balanset-1A tiene dos canales independientes de medición de vibraciones (X1 y X2), lo que permite realizar mediciones simultáneas en dos puntos o en dos planos.

Tipo de sensor. El sistema utiliza acelerómetros (transductores de vibración que miden la aceleración). Este es el estándar moderno de la industria, ya que los acelerómetros proporcionan una alta fiabilidad, un amplio rango de frecuencias y una buena linealidad.

Integración de señales. Dado que la norma ISO 10816 exige la evaluación de la velocidad de vibración (mm/s), la señal de los acelerómetros se integra en hardware o software. Se trata de un paso crítico del procesamiento de señales, y la calidad del convertidor analógico-digital desempeña un papel fundamental.

Rango de medición. El instrumento mide la velocidad de vibración (RMS) en el rango de 0,05 a 100 mm/s. Este rango cubre completamente todas las zonas de evaluación ISO 10816 (desde la zona A 45 mm/s para las máquinas más grandes).

5.2. Características de frecuencia y precisión

Las características metrológicas del Balanset-1A cumplen plenamente los requisitos de la norma.

Rango de frecuencia. La versión básica del instrumento funciona en la banda de 5 Hz - 550 Hz. El límite inferior de 5 Hz (300 rpm) supera incluso el requisito de la norma ISO 10816 de 10 Hz y permite diagnosticar máquinas de baja velocidad. El límite superior de 550 Hz cubre hasta el undécimo armónico para máquinas con una frecuencia de rotación de 3000 rpm (50 Hz), lo que es suficiente para detectar desequilibrios (1×), desalineaciones (2×, 3×) y holguras. Opcionalmente, la gama de frecuencias puede ampliarse hasta 1000 Hz, con lo que se cubren totalmente todos los requisitos estándar.

Precisión de amplitud. El error de medición de la amplitud es de ±5% del fondo de escala. Para tareas de supervisión operativa, en las que los límites de zona difieren en cientos de puntos porcentuales, esta precisión es más que suficiente.

Precisión de fase. El instrumento mide el ángulo de fase con una precisión de ±1 grado. Aunque la fase no está regulada por la norma ISO 10816, es de vital importancia para el procedimiento de equilibrado.

5.3. Canal del tacómetro

El kit incluye un tacómetro láser (sensor óptico) que realiza dos funciones: mide la velocidad del rotor (RPM) de 150 a 60.000 rpm (en algunas versiones hasta 100.000 rpm), lo que permite identificar si la vibración es síncrona con la frecuencia de rotación (1×) o asíncrona; y genera una señal de fase de referencia (marca de fase) para el promedio síncrono y el cálculo de los ángulos de masa de corrección durante el equilibrado.

5.4. Conexiones y disposición

El kit estándar incluye cables sensores de 4 metros de longitud (opcionalmente, 10 metros). Esto aumenta la seguridad durante las mediciones in situ. Los cables largos permiten al operador mantenerse a una distancia segura de las piezas giratorias de la máquina, lo que cumple con los requisitos de seguridad industrial para trabajar con equipos giratorios.

Tabla 5.1. Especificaciones clave de Balanset-1A frente a los requisitos de ISO 10816

Parámetro Requisito ISO 10816 Balanset-1A Especificaciones Cumplimiento
Parámetro medido Velocidad de vibración, RMS Velocidad RMS (integrada a partir de la aceleración)
Rango de frecuencia 10-1000 Hz 5-550 Hz (opcionalmente hasta 1000 Hz)
Rango de medición 0,71-45 mm/s (intervalo de zonas) 0,05-100 mm/s
Número de canales Al menos 1 2 simultáneos
Precisión de amplitud Según ISO 2954: ±10% ±5% ✓ (excede)
Medición de RPM No especificado 150-60.000 rpm Capacidad de bonificación

Capítulo 6. Metodología de medición y evaluación ISO 10816 con Balanset-1A

6.1. Preparación de las mediciones

Identifique la máquina. Determine la clase o el grupo de la máquina (según los capítulos 2 y 4 de este informe). Por ejemplo, un "ventilador de 45 kW sobre aisladores de vibraciones" pertenece al Grupo 2 (ISO 10816-3) con cimentación flexible.

Instalación del software. Instale los controladores y el software del Balanset-1A desde la unidad USB suministrada. Conecte la unidad de interfaz al puerto USB del ordenador portátil.

Instale los sensores. Instale los sensores en los alojamientos de los rodamientos, no en cubiertas finas, protectores o carcasas de chapa. Utilice bases magnéticas y asegúrese de que el imán se asienta firmemente sobre una superficie limpia y plana. La pintura u óxido bajo el imán actúa como amortiguador y reduce las lecturas de alta frecuencia. Mantenga la ortogonalidad: realice mediciones en dirección vertical (V), horizontal (H) y axial (A) en cada rodamiento. Balanset-1A tiene dos canales, por lo que puede medir V y H simultáneamente en un soporte.

6.2. Modo vibrómetro (F5)

El software Balanset-1A dispone de un modo específico para la evaluación ISO 10816. Ejecute el programa, pulse F5 (o haga clic en el botón "F5 - Vibrómetro" de la interfaz) y, a continuación, pulse F9 (Ejecutar) para iniciar la adquisición de datos.

Análisis de indicadores:

  • RMS (total): El instrumento muestra la velocidad de vibración RMS global (V1s, V2s). Este es el valor que se compara con los límites tabulados de la norma.
  • 1× Vibración: El instrumento extrae la amplitud de vibración a frecuencia de rotación (componente síncrono).

Si el valor eficaz es alto (zona C/D) pero el componente 1× es bajo, el problema no es el desequilibrio. Puede tratarse de un fallo en los cojinetes, cavitación (para una bomba) o problemas electromagnéticos. Si RMS está cerca del valor 1× (por ejemplo, RMS = 10 mm/s, 1× = 9,8 mm/s), el desequilibrio domina y el equilibrado reducirá la vibración en aproximadamente 95%.

6.3. Análisis espectral (FFT)

Si la vibración global supera el límite (Zona C o D), debe identificar la causa. El modo F5 incluye una pestaña Gráficos con visualización del espectro FFT.

  • Un pico dominante a 1× (frecuencia de rotación) indica desequilibrio.
  • Los picos a 2×, 3× indican desalineación o holgura.
  • Los "ruidos" de alta frecuencia o un bosque de armónicos indican defectos en los rodamientos.
  • La frecuencia de paso de los álabes (número de álabes × rpm) indica problemas aerodinámicos en un ventilador o problemas hidráulicos en una bomba.
  • 2× frecuencia de línea (100 Hz o 120 Hz) indica fallos eléctricos en los motores (excentricidad del estator, rotura de las barras del rotor).

Balanset-1A proporciona estas visualizaciones, lo que lo convierte de un simple "medidor de conformidad" en una completa herramienta de diagnóstico.

6.4. Puntos de medición y direcciones

La norma ISO 10816-1 recomienda medir las vibraciones en tres direcciones perpendiculares entre sí en cada rodamiento. Para una máquina típica de dos rodamientos, esto significa hasta seis puntos de medición (3 direcciones × 2 rodamientos). En la práctica, las mediciones más importantes son:

  • Vertical (V): Más sensible al desequilibrio. Suele dar las lecturas más altas porque los rodamientos tienen menos rigidez en dirección vertical.
  • Horizontal (H): Sensible a la desalineación y la holgura. Las vibraciones horizontales que superan significativamente a las verticales suelen indicar un pie blando o pernos sueltos.
  • Axial (A): Una vibración axial elevada (más de 50% de vibración radial) sugiere una desalineación, un eje doblado o un rotor en voladizo desequilibrado.

La lectura más alta entre todos los puntos y direcciones de medición se utiliza normalmente para la evaluación ISO 10816. Registre siempre todas las mediciones para el análisis de tendencias.

Capítulo 7. El equilibrado como método de corrección: Uso práctico de Balanset-1A

Cuando el diagnóstico (basado en la dominancia 1× en el espectro) indica que el desequilibrio es la causa principal de la superación del límite ISO 10816, el siguiente paso es el equilibrado. Balanset-1A aplica el método del coeficiente de influencia (método de tres carreras).

7.1. Teoría del equilibrio

El desequilibrio se produce cuando el centro de masa del rotor no coincide con su eje de rotación. Esto provoca una fuerza centrífuga F = m - r - ω² que genera vibraciones a la frecuencia de rotación. El objetivo del equilibrado es añadir una masa de corrección (peso) que produzca una fuerza igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza de desequilibrio.

7.2. Procedimiento de equilibrado monoplano

Utilice este procedimiento para rotores estrechos (ventiladores, poleas, discos). Seleccione el modo F2 en el programa.

Marcha 0 - Inicial: Arranque el rotor, pulse F9. El aparato mide la vibración inicial (amplitud y fase). Ejemplo: 8,5 mm/s a 120°.

Carrera 1 - Peso de prueba: Detenga el rotor, monte un peso de prueba de masa conocida (por ejemplo, 10 g) en un lugar arbitrario. Arranque el rotor, pulse F9. Ejemplo: 5,2 mm/s a 160°.

Cálculo y corrección: El programa calcula automáticamente la masa y el ángulo del peso de corrección. Por ejemplo, el instrumento puede indicar: "Añadir 15 g en un ángulo de 45° desde la posición de la pesa de prueba". Las funciones Balanset admiten pesas divididas: si no puede colocar la pesa en el lugar calculado, el programa la divide en dos pesas para montarla, por ejemplo, en las aspas de un ventilador.

Carrera 2 - Verificación: Instale el peso corrector calculado (retirando el peso de prueba si es necesario). Ponga en marcha el rotor y confirme que la vibración residual ha descendido a la Zona A o B según ISO 10816 (por ejemplo, por debajo de 2,8 mm/s para el Grupo 2 / Rígido).

7.3. Equilibrado en dos planos

Los rotores largos (ejes, tambores trituradores) requieren un equilibrado dinámico en dos planos de corrección. El procedimiento es similar, pero requiere dos sensores de vibración (X1, X2) y tres ejecuciones (inicial, peso de prueba en el plano 1, peso de prueba en el plano 2). Utilice el modo F3 para este procedimiento.

Capítulo 8. Escenarios prácticos e interpretación (estudios de casos)

Caso práctico 1

Extractor industrial (45 kW)

Contexto: El ventilador está instalado en un techo sobre aislantes de vibraciones de tipo resorte.

Clasificación: ISO 10816-3, Grupo 2, cimentación flexible.

Medición: Balanset-1A en modo F5 muestra RMS = 6,8 mm/s.

Análisis: Según la tabla 4.1, el límite B/C para "Flexible" es de 4,5 mm/s, y el límite C/D es de 7,1 mm/s. El ventilador funciona en la Zona C (funcionamiento limitado), acercándose a la Zona D de emergencia.

Diagnóstico: El espectro muestra un fuerte pico de 1×, lo que confirma que el desequilibrio es la fuente dominante.

Acción: El equilibrado se realizó con Balanset-1A. La vibración se redujo a 1,2 mm/s.

✓ Resultado: Zona A (1,2 mm/s) - Fallo evitado.
Caso práctico 2

Bomba de alimentación de caldera (200 kW)

Contexto: La bomba está montada de forma rígida sobre una base de hormigón macizo.

Clasificación: ISO 10816-3, Grupo 2, cimentación rígida.

Medición: Balanset-1A muestra un RMS = 5,0 mm/s.

Análisis: Según la tabla 4.1, el límite C/D para "Rígido" es de 4,5 mm/s. La bomba funciona en la Zona D - condición de emergencia.

Diagnóstico: El espectro muestra una serie de armónicos y un alto nivel de ruido. El pico 1× es bajo en relación con la vibración total.

Acción: El equilibrado no servirá de nada. Es probable que el problema esté en los cojinetes o en la cavitación. Hay que detener la bomba para realizar una inspección mecánica.

✕ Resultado: Zona D (5,0 mm/s) - Parada inmediata requerida.
Caso práctico 3

Compresor centrífugo (500 kW)

Contexto: El compresor está montado sobre una cimentación de bloques de hormigón con pernos de anclaje.

Clasificación: ISO 10816-3, Grupo 1, cimentación rígida.

Medición: Balanset-1A muestra RMS = 3,8 mm/s vertical, 5,1 mm/s horizontal en el cojinete del extremo motriz.

Análisis: Según la tabla 4.1 (Grupo 1 / Rígido), 3,8 mm/s es Zona B y 5,1 mm/s es Zona C. El valor horizontal rige: la máquina está en Zona C.

Diagnóstico: El espectro muestra un pico dominante de 2×, con una vibración axial elevada. La desalineación es el principal sospechoso.

Acción: La alineación del acoplamiento se comprobó con una herramienta láser. Se detectó una desalineación angular de 0,12 mm y se corrigió a 0,03 mm. Vibración posterior a la corrección: 1,9 mm/s horizontal.

✓ Resultado: Zona A (1,9 mm/s) - Alineación corregida.

Capítulo 9. Relación entre los parámetros de vibración: Desplazamiento, Velocidad, Aceleración

Comprender la relación matemática entre los tres parámetros de vibración es importante para convertir entre ellos y para entender por qué la norma ISO 10816 eligió la velocidad como métrica principal.

Para un movimiento armónico simple de frecuencia F (Hz):

  • Desplazamiento: D = D0 - sin(2πft), medido en µm (pico o pico a pico)
  • Velocidad: V = 2πf - D0 - cos(2πft), medido en mm/s
  • Aceleración: A = (2πf)² - D0 - sen(2πft), medido en m/s².

Las relaciones clave (para los valores máximos en frecuencia F):

  • Vcima (mm/s) = π - f - Dpáginas (µm) / 1000
  • Acima (m/s²) = 2πf - Vcima (mm/s) / 1000

Esto explica por qué el desplazamiento es dominante a bajas frecuencias y la aceleración es dominante a altas frecuencias, mientras que la velocidad proporciona una representación relativamente plana (independiente de la frecuencia) de la gravedad de la vibración en toda la gama típica de velocidades de la máquina. Un valor de velocidad constante representa una tensión constante en la estructura, independientemente de la frecuencia; ésta es la razón fundamental por la que la norma ISO 10816 utiliza la velocidad.

Tabla 9.1. Ejemplos prácticos de conversión a 50 Hz (3000 rpm)

Velocidad RMS (mm/s) Desplazamiento p-p (µm) Aceleración RMS (m/s²) ISO 10816-1 Zona (Clase II)
1.0 9.0 0.44 Zona A
2.8 25.2 1.24 Límite B/C
4.5 40.5 2.00 Zona C
7.1 63.9 3.15 Límite C/D

Capítulo 10. Errores comunes de medición y cómo evitarlos

Incluso con un instrumento correctamente calibrado como el Balanset-1A, los errores de medición pueden llevar a conclusiones incorrectas. Estos son los errores más comunes:

10.1. Errores de montaje del sensor

Problema: Sensor montado en un protector, una cubierta delgada o una estructura suelta en lugar del alojamiento del rodamiento. Esto provoca lecturas altas falsas debido a las resonancias estructurales de la cubierta, lo que provoca paradas innecesarias.

Solución: Realice siempre el montaje directamente sobre el alojamiento del rodamiento. Utilice el montaje magnético sobre una superficie limpia, plana y metálica. Para superficies con pintura de más de 0,1 mm de espesor, raspe una pequeña zona hasta dejar el metal desnudo.

10.2. Clasificación errónea de la máquina

Problema: Aplicar los límites de la Clase I a un compresor de 200 kW (que debería ser del Grupo 2 según ISO 10816-3) da lugar a alarmas prematuras.

Solución: Identifique siempre la potencia, la velocidad y el tipo de cimentación de la máquina antes de seleccionar la norma y el grupo aplicables.

10.3. Ignorar las condiciones de funcionamiento

Problema: Medición de las vibraciones durante el arranque o con carga parcial. Los límites de la norma ISO 10816 se aplican al funcionamiento continuo en condiciones normales de funcionamiento.

Solución: Deje que la máquina alcance el equilibrio térmico y la velocidad/carga de funcionamiento normal antes de registrar las mediciones. En el caso de los motores eléctricos, esto suele significar al menos 15 minutos de funcionamiento.

10.4. Cable y ruido eléctrico

Problema: El tendido de cables de sensores junto a cables de alimentación introduce interferencias electromagnéticas, lo que provoca lecturas artificialmente elevadas, especialmente a 50/60 Hz y armónicos.

Solución: Aleje los cables de los sensores de los cables de alimentación. Utilice cables apantallados siempre que sea posible. Los cables del Balanset-1A están apantallados por diseño, pero un tendido adecuado sigue siendo importante.

10.5. Mediciones en un solo punto

Problema: Medir sólo una dirección en un rodamiento y concluir que "la máquina está bien"."

Solución: Mida en al menos dos direcciones (V y H) en cada cojinete. Utilice la lectura más alta para la evaluación ISO 10816. Las diferencias significativas entre direcciones pueden indicar fallos específicos (por ejemplo, horizontal > vertical suele indicar holgura estructural).

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Qué es la norma ISO 10816-1?
ISO 10816-1 es una norma internacional que proporciona directrices generales para evaluar las vibraciones de las máquinas mediante mediciones en piezas no giratorias, como alojamientos de rodamientos, pedestales y cimientos. Establece zonas de gravedad de las vibraciones (A, B, C, D) utilizando la velocidad de vibración RMS (mm/s) en el rango de frecuencias de 10-1000 Hz. La norma clasifica las máquinas en cuatro clases en función de su tamaño, potencia y tipo de cimentación.
¿Cuál es la diferencia entre ISO 10816 e ISO 20816?
ISO 20816 es el sustituto moderno de ISO 10816. Fusiona dos series anteriores: ISO 10816 (vibraciones en piezas no giratorias) e ISO 7919 (vibraciones en ejes giratorios) en un único marco unificado. ISO 20816-1:2016 sustituye a ISO 10816-1:1995, aunque la metodología de medición fundamental y la clasificación de zonas siguen siendo similares. La transición es gradual: muchas partes de la norma ISO 10816 siguen siendo la referencia actual hasta que se publiquen sus sustitutos en la norma ISO 20816.
¿Qué nivel de vibración es aceptable según la norma ISO 10816?
Las vibraciones aceptables dependen totalmente de la clase de máquina. Para las máquinas pequeñas (Clase I, hasta 15 kW), la Zona A (buena) está por debajo de 0,71 mm/s RMS, y el umbral de alarma (límite C/D) está en 4,5 mm/s. Para las máquinas medianas (clase II), la zona A es inferior a 1,12 mm/s. Para las máquinas grandes sobre cimientos rígidos (clase III), la zona A es inferior a 1,80 mm/s. Para máquinas grandes sobre cimientos flexibles (Clase IV), la Zona A es inferior a 2,80 mm/s. Utilice siempre la clase correcta para su máquina específica.
¿Cuáles son las cuatro zonas de vibración de la norma ISO 10816?
Zona A - máquinas recién puestas en servicio en excelentes condiciones. Zona B - aceptable para un funcionamiento continuo a largo plazo. Zona C - insatisfactoria para un funcionamiento continuo a largo plazo; es necesario programar medidas correctoras. Zona D - niveles de vibración peligrosos que pueden causar daños; se requiere la parada inmediata.
¿Cómo se miden las vibraciones según la norma ISO 10816?
Monte un acelerómetro en el alojamiento del cojinete (una pieza no giratoria y estructuralmente rígida) de la máquina. Mida la velocidad de vibración RMS de banda ancha en mm/s en la gama de frecuencias de 10-1000 Hz. Tome lecturas en al menos dos direcciones (vertical y horizontal) en cada rodamiento. Compare el valor medido más alto con los límites de zona para la clase de máquina y el tipo de cimentación adecuados. Los instrumentos como el Balanset-1A integran internamente la señal de aceleración para proporcionar las lecturas de velocidad necesarias.
¿Cuál es la diferencia entre ISO 10816-1 e ISO 10816-3?
ISO 10816-1 es la norma general que define la metodología y las clases generales de máquinas (I-IV). La norma ISO 10816-3 establece límites de vibración más específicos para máquinas industriales con una potencia nominal superior a 15 kW y hasta 50 MW a velocidades de funcionamiento entre 120 y 15.000 rpm. La norma ISO 10816-3 divide las máquinas en Grupo 1 (>300 kW) y Grupo 2 (15-300 kW) y es la norma más utilizada en la práctica para ventiladores, bombas, compresores y motores.
¿Puede utilizarse Balanset-1A para mediciones de conformidad con la norma ISO 10816?
Sí. El Balanset-1A mide la velocidad de vibración RMS en el rango 0,05-100 mm/s con una banda de frecuencia de 5-550 Hz (opcionalmente hasta 1000 Hz), que cubre los requisitos de la norma ISO 10816. Sus dos canales de medición simultáneos, el análisis de espectro FFT y la precisión de amplitud de ±5% lo hacen adecuado tanto para evaluaciones de detección como para diagnósticos detallados según la metodología ISO 10816.
¿Sigue siendo válida la norma ISO 10816-1 o ha sido sustituida?
La norma ISO 10816-1:1995 fue sustituida formalmente por la norma ISO 20816-1:2016. Sin embargo, los principios, la metodología y la clasificación de zonas siguen siendo fundamentalmente los mismos. Muchas partes específicas (como la norma ISO 10816-3 para máquinas industriales) aún no han sido totalmente sustituidas por sus homólogas ISO 20816. En la práctica de la ingeniería, el marco y la terminología de la norma ISO 10816 siguen utilizándose ampliamente.

Conclusión

La norma ISO 10816-1 y su Parte 3 especializada proporcionan una base fundamental para garantizar la fiabilidad de los equipos industriales. La transición de la percepción subjetiva a la evaluación cuantitativa de la velocidad de vibración (RMS, mm/s) permite a los ingenieros clasificar objetivamente el estado de la máquina y planificar el mantenimiento basándose en datos reales y no en programas arbitrarios.

El sistema de evaluación de cuatro zonas (de la A a la D) proporciona un lenguaje universalmente comprensible para comunicar el estado de las máquinas entre los equipos de mantenimiento, la dirección y los proveedores de equipos. Cuando se combina con el análisis espectral, esta metodología permite no solo detectar problemas, sino también identificar las causas raíz: desequilibrio, desalineación, desgaste de los rodamientos, holguras y fallos eléctricos.

La implementación instrumental de estas normas mediante el sistema Balanset-1A ha demostrado su eficacia. El instrumento proporciona mediciones metrológicamente precisas en el rango de 5 a 550 Hz (cubriendo totalmente los requisitos estándar para la mayoría de las máquinas) y ofrece la funcionalidad necesaria para identificar las causas de la vibración elevada (análisis espectral) y eliminarlas (equilibrado).

Para las empresas operativas, implementar un monitoreo regular basado en la metodología ISO 10816 e instrumentos como Balanset-1A es una inversión directa en la reducción de los costos operativos. La capacidad de distinguir la Zona B de la Zona C ayuda a evitar tanto reparaciones prematuras de máquinas en buen estado como fallas catastróficas causadas por ignorar niveles críticos de vibración.

Fin del informe

Categorías: GlosarioNormas ISO

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