Las bombas rotodinámicas son uno de los activos más numerosos en cualquier instalación industrial. También son uno de los que generan más órdenes de trabajo correctivo cuando no existe un programa de monitorización estructurado. La ISO 10816-7:2009 es la norma específica que establece cómo medir y evaluar las vibraciones en este tipo de equipos, con criterios propios que no deben confundirse con los de la ISO 20816-3, que aplica a maquinaria industrial de carácter general. Si quieres entender primero el marco normativo completo, te recomendamos empezar por nuestra introducción a la normativa de vibraciones en maquinaria.
Alcance y qué bombas cubre
La ISO 10816-7 aplica a bombas rotodinámicas para aplicaciones industriales con potencia nominal superior a 1 kW. El término «rotodinámica» engloba las bombas centrífugas (radiales, mixtas y axiales) tanto horizontales como verticales, independientemente de su rigidez de soporte u orientación de instalación. Este es uno de los aspectos más prácticos de la norma: a diferencia de la ISO 20816-3, que sí distingue entre soportes rígidos y flexibles, la ISO 10816-7 establece límites únicos válidos para cualquier configuración de soporte, porque los datos estadísticos de más de 1.500 bombas en los que se basa la norma no mostraron diferencias significativas entre ambas situaciones.
Quedan expresamente excluidas del alcance de esta norma:
- Bombas de desplazamiento positivo alternativas y rotativas
- Bombas accionadas por motor alternativo
- Bombas en plantas hidroeléctricas o de bombeo con potencia superior a 1 MW (para éstas aplica la ISO 20816-5)
- Bombas para manejo de sólidos, lechadas y bombas sumergibles
- Vibración torsional (no está contemplada en esta norma)
Cuando una bomba va acoplada rígidamente a su motor eléctrico (impulsor directamente sobre el eje del motor), la norma aplica al conjunto completo. Cuando el acoplamiento es flexible, la norma aplica solo a la bomba; el motor se evalúa con la ISO 10816-3 o la ISO 20816-3.
Magnitud a medir: velocidad eficaz en mm/s
La magnitud principal de evaluación es la velocidad de vibración eficaz (valor RMS) en mm/s, medida en banda ancha en el rango de frecuencias de 10 Hz a 1.000 Hz. Para bombas con velocidades de operación inferiores a 600 rpm, el rango se amplía hacia abajo hasta 2 Hz y se añade como magnitud complementaria el desplazamiento pico a pico en µm, filtrado a 0,5×, 1× y 2× la velocidad de giro con un ancho de banda de 1 Hz o menos.
Para bombas de muy alta velocidad o cuando se requiere diagnóstico detallado, puede ser necesario ampliar el rango de frecuencias hasta 2,5 veces la frecuencia de paso de álabes (blade-passing frequency), de modo que los componentes espectrales asociados al número de álabes del impulsor queden bien representados en la medida.
El instrumento de medida debe cumplir los requisitos de la ISO 10816-1 y de la ISO 2954. En la práctica, cualquier colector de datos o analizador de vibraciones calibrado y configurado correctamente cumple estos requisitos.
Dónde y cómo medir
Las mediciones se realizan sobre las partes no rotativas de la bomba, concretamente sobre las carcasas de rodamientos o pedestales de cojinetes. La norma establece que en cada rodamiento deben tomarse mediciones en dos direcciones radiales ortogonales (horizontal y vertical para bombas de eje horizontal; X e Y para bombas verticales) y, cuando sea posible, también en dirección axial.
Para los rodamientos axiales (de empuje), los criterios de zona aplican tanto a la vibración radial como a la axial. Para los rodamientos radiales, los criterios aplican únicamente a las direcciones radiales. Cuando se toman dos medidas radiales ortogonales en el mismo plano, se utiliza el valor más alto de los dos para la evaluación.
La norma recomienda que las mediciones se realicen con la bomba operando en régimen estacionario a velocidad y carga nominales, con el rotor y los rodamientos a temperatura de servicio estabilizada. La zona de operación preferente (POR, Preferred Operating Region) se define habitualmente entre el 70 % y el 120 % del punto de máximo rendimiento (BEP, Best Efficiency Point). Fuera de este rango pero dentro de la zona de operación admisible (AOR, Allowable Operating Region), pueden esperarse valores de vibración más elevados debidos a las mayores fuerzas dinámicas en carga parcial o sobrecarga.
Categorías de bomba: I y II
La ISO 10816-7 divide las bombas en dos categorías según su criticidad y aplicación. Esta clasificación debe acordarse entre el fabricante y el usuario, ya que determina los límites de zona aplicables:
- Categoría I — Bombas que requieren un alto nivel de fiabilidad, disponibilidad o seguridad. Se incluyen en esta categoría las bombas para líquidos tóxicos o peligrosos, aplicaciones críticas en petróleo y gas, industria química especial, nuclear o plantas de potencia. Los límites de vibración admisibles son más estrictos.
- Categoría II — Bombas para aplicaciones generales o de menor criticidad, típicamente para líquidos no peligrosos. Es la categoría más habitual en instalaciones industriales de uso general. Los límites son algo más permisivos.
Las bombas verticales de eje sumergido (designaciones VS 1 a VS 7 según ISO 13709) con velocidades superiores a 600 rpm se clasifican normalmente en Categoría II.
Las cuatro zonas de evaluación
Al igual que el resto de normas de la familia ISO 10816/20816, la ISO 10816-7 define cuatro zonas de evaluación con el mismo significado cualitativo:
- Zona A — Nivel de vibración típico en máquinas recién puestas en servicio. La bomba se encuentra en condiciones óptimas.
- Zona B — Operación continua a largo plazo sin restricciones. Estado aceptable.
- Zona C — No apta para operación continua prolongada. Puede operarse durante un período limitado hasta que se planifique una intervención correctora.
- Zona D — Severidad suficiente para causar daños en la máquina. Requiere acción inmediata.
Límites numéricos por zona
La Tabla A.1 de la norma establece los límites de velocidad de vibración RMS para bombas con potencia superior a 1 kW e impulsores con tres o más álabes. La norma además distingue entre bombas de hasta 200 kW y bombas de más de 200 kW dentro de cada categoría:
| Zona | Descripción | Cat. I / ≤200 kW | Cat. I / >200 kW | Cat. II / ≤200 kW | Cat. II / >200 kW |
|---|---|---|---|---|---|
| A | Máquinas recién puestas en servicio (POR) | 2,5 | 3,5 | 3,2 | 4,2 |
| B | Operación continua admisible (AOR) | 4,0 | 5,0 | 5,1 | 6,1 |
| C | Operación limitada | 6,6 | 7,6 | 8,5 | 9,5 |
| D | Riesgo de daños | >6,6 | >7,6 | >8,5 | >9,5 |
| ALARM máx. | ≈ 1,25 × límite superior Zona B | 5,0 | 6,3 | 6,4 | 7,6 |
| TRIP máx. | ≈ 1,25 × límite superior Zona C | 8,3 | 9,5 | 10,6 | 11,9 |
Límites de velocidad de vibración RMS (mm/s) — Partes no rotativas — ISO 10816-7, Tabla A.1
Para bombas con velocidades de operación inferiores a 600 rpm, la Tabla A.2 añade límites de desplazamiento pico a pico (µm) para los valores filtrados a 0,5×, 1× y 2× la velocidad de giro: Zona A = 50 µm, Zona B = 80 µm, Zona C = 130 µm, Zona D > 130 µm. Cuando ambos criterios son aplicables (velocidad y desplazamiento), prevalece el más restrictivo.
Criterio I y Criterio II
La evaluación de una bomba requiere aplicar conjuntamente dos criterios independientes, tal como establece la norma:
- Criterio I — Magnitud absoluta: compara el valor RMS de velocidad medido en banda ancha con los límites de zona de la Tabla A.1. Es el criterio principal para determinar si la máquina puede operar de forma segura. El valor a comparar es el más alto de los obtenidos en las dos direcciones radiales ortogonales medidas en cada rodamiento.
- Criterio II — Cambio en la magnitud: evalúa variaciones respecto a un valor de referencia establecido previamente para esa máquina. Un cambio significativo, aunque los valores absolutos permanezcan dentro de Zona B, puede indicar un deterioro incipiente. La norma considera significativo cualquier incremento o decremento que supere el 25 % del límite superior de Zona B. Cuando se detecta un cambio de este tipo, deben iniciarse investigaciones diagnósticas con análisis espectral FFT para determinar la causa: desequilibrio, cavitación, daño en rodamientos, etc.
Ambos criterios aplican únicamente en condiciones de régimen estacionario. Durante los transitorios de arranque, parada y paso por velocidades críticas, la norma indica que la vibración debe mantenerse por debajo del límite superior de Zona C.
ALARM y TRIP: cómo fijarlos
Para la monitorización continua en línea de bombas críticas, la norma recomienda establecer dos niveles operacionales de alerta:
- ALARM — Aviso de que se ha alcanzado un umbral o se ha producido un cambio significativo. La operación puede continuar mientras se investiga la causa. El límite de ALARM se fija habitualmente como la suma del valor de referencia en estado estacionario más el 25 % del límite superior de Zona B. No debe superar 1,25 veces dicho límite superior. Para una bomba de Categoría II / ≤200 kW, el ALARM máximo recomendado es 6,4 mm/s RMS.
- TRIP — Nivel a partir del cual continuar operando puede causar daños. Requiere acción inmediata: reducción de la vibración o parada de la máquina. El TRIP se relaciona con la integridad mecánica del equipo y suele ser el mismo para todas las máquinas de diseño similar, sin relación directa con el valor de referencia en estado estacionario. Se recomienda que no supere 1,25 veces el límite superior de Zona C. Para el mismo ejemplo, el TRIP máximo es 10,6 mm/s RMS.
Cuando no existe un valor de referencia establecido (por ejemplo, en una máquina nueva), el ALARM inicial debe fijarse dentro de Zona C, ajustándose hacia abajo una vez que se disponga de datos suficientes de operación estable.
Vibración relativa de eje (Anexo B)
Para bombas rotodinámicas equipadas con cojinetes de deslizamiento (cojinetes hidrodinámicos de casquillo), la medición en la carcasa del rodamiento puede resultar insuficiente para detectar ciertos modos de fallo. En estos casos, el Anexo B de la norma (informativo) proporciona criterios para la medición de la vibración relativa del eje mediante transductores sin contacto (sondas de proximidad).
Los límites de desplazamiento relativo eje-carcasa se expresan como fracción del juego diametral nominal del cojinete en nuevo estado:
- Zona A — hasta 0,33 × juego diametral
- Zona B — hasta 0,50 × juego diametral
- Zona C — hasta 0,70 × juego diametral
- Zona D — más de 0,70 × juego diametral
La medición del eje es complementaria, no sustitutiva, de la medición en partes no rotativas. Cuando ambos criterios se aplican y conducen a clasificaciones de zona distintas, prevalece el más restrictivo. Es importante señalar que no existe una relación matemática directa entre la vibración en carcasa y la vibración relativa del eje, por lo que deben tratarse como medidas independientes.
Para la medición, se recomienda instalar dos transductores en el mismo plano radial separados 90° ± 5°, montados en el interior de la carcasa del cojinete o lo más próximos posible al rodamiento. A velocidades superiores a 3.000 rpm son preferibles los transductores sin contacto de tipo inductivo (sondas eddy-current).
Ejemplo práctico
Supongamos una bomba centrífuga horizontal de 110 kW clasificada como Categoría II (aplicación general, líquido no peligroso). Durante una ruta de medición se obtienen los siguientes valores en la carcasa del rodamiento lado accionamiento:
- Dirección horizontal: 3,8 mm/s RMS
- Dirección vertical: 4,7 mm/s RMS
- Dirección axial: 2,1 mm/s RMS
El valor a comparar con los límites de Zona es el más alto de las medidas radiales: 4,7 mm/s RMS. Consultando la Tabla A.1 para Categoría II / ≤200 kW: Zona A hasta 3,2 mm/s, Zona B hasta 5,1 mm/s, Zona C hasta 8,5 mm/s. Con 4,7 mm/s la bomba se encuentra en Zona B: operación continua admisible.
Si el valor de referencia histórico para esta bomba era de 2,8 mm/s RMS, el incremento observado es de 1,9 mm/s. El 25 % del límite superior de Zona B es 0,25 × 5,1 = 1,275 mm/s. Como el incremento (1,9 mm/s) supera ese umbral, el Criterio II indica que debe iniciarse una investigación diagnóstica aunque la máquina esté en Zona B. Un análisis espectral FFT permitirá determinar si el incremento se debe a desequilibrio (componente a 1×), cavitación (componente de alta frecuencia de banda ancha), desgaste de rodamientos (frecuencias características de fallo de rodamiento) u otra causa.
Conclusión
La ISO 10816-7 aporta un marco de evaluación específicamente adaptado al comportamiento vibratorio de las bombas rotodinámicas, fruto del análisis estadístico de más de 1.500 unidades en campo. Sus dos aportaciones más importantes para el profesional del mantenimiento predictivo son la distinción entre Categorías I y II según la criticidad del equipo, y la aplicación conjunta de un criterio de magnitud absoluta y un criterio de cambio en tendencia, que permite detectar deterioros incipientes incluso cuando los niveles absolutos aún son aceptables. Aplicada correctamente, esta norma convierte una medida de vibración rutinaria en una decisión de mantenimiento fundamentada técnicamente.