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ISO 10816-1: Avaliação da Vibração de Máquinas em Partes Não Rotativas
ISO Standards · Vibration Diagnostics

Norma ISO 10816-1 e Implementação Instrumental de Vibrodiagnóstico Usando o Sistema Balanset-1A

Uma análise abrangente dos requisitos internacionais de severidade de vibração, metodologia de classificação de zonas e medições práticas usando equipamentos portáteis de balanceamento.

Sensor de vibração

Sensor Óptico (Tacômetro a Laser)

Balanset-4

Suporte Magnético Insize-60-kgf

Fita refletiva

Balanceador dinâmico “Balanset-1A” OEM

Referência Rápida: Severidade de Vibração — ISO 10816-1 (Anexo B)

Velocidade de vibração RMS (mm/s) · Banda larga 10–1000 Hz · Medida em partes não rotativas
Zona Classe I
Máquinas pequenas ≤15 kW
Classe II
Médias 15–75 kW
Classe III
Grandes, base rígida
Classe IV
Grandes, base flexível
A — Bom < 0,71 < 1,12 < 1,80 < 2,80
B — Satisfatório 0,71 – 1,80 1,12 – 2,80 1,80 – 4,50 2,80 – 7,10
C — Insatisfatório 1,80 – 4,50 2,80 – 7,10 4,50 – 11,20 7,10 – 18,00
D — Inaceitável > 4,50 > 7,10 > 11,20 > 18,00

Referência Rápida: Severidade de Vibração — ISO 10816-3 (Máquinas Industriais)

Velocidade de vibração RMS (mm/s) · Bombas, ventiladores, compressores, motores acima de 15 kW · 120–15.000 rpm
Zona Grupo 1 (>300 kW)
Fundação rígida
Grupo 1 (>300 kW)
Fundação flexível
Grupo 2 (15–300 kW)
Fundação rígida
Grupo 2 (15–300 kW)
Fundação flexível
A — Bom < 2,3 < 3,5 < 1,4 < 2,3
B — Satisfatório 2,3 – 4,5 3,5 – 7,1 1,4 – 2,8 2,3 – 4,5
C — Insatisfatório 4,5 – 7,1 7,1 – 11,0 2,8 – 4,5 4,5 – 7,1
D — Inaceitável > 7,1 > 11,0 > 4,5 > 7,1

Resumo

This report presents a comprehensive analysis of international regulatory requirements for the vibration condition of industrial equipment defined in ISO 10816-1 and its derivative standards. The document reviews the evolution of standardization from ISO 2372 to the current ISO 20816, explains the physical meaning of the measured parameters, and describes the methodology for evaluating the severity of vibration conditions. Special attention is given to the practical implementation of these rules using the portable balancing and diagnostic system Balanset-1A. The report contains a detailed description of the technical characteristics of the instrument, algorithms of its operation in vibrometer and balancing modes, and methodological guidelines for performing measurements to ensure compliance with reliability and safety criteria for rotating machinery.

Capítulo 1. Fundamentos Teóricos da Vibrodiagnóstico e Evolução da Padronização

1.1. Natureza Física da Vibração e Seleção de Parâmetros de Medição

A vibração, como parâmetro de diagnóstico, é o indicador mais informativo da condição dinâmica de um sistema mecânico. Diferente da temperatura ou pressão, que são indicadores integrais e muitas vezes reagem a falhas com atraso, o sinal de vibração carrega informações sobre as forças atuando dentro do mecanismo em tempo real.

A norma ISO 10816-1, assim como suas antecessoras, é baseada na medição da velocidade de vibração. Esta escolha não é acidental e decorre da natureza energética do dano. A velocidade de vibração é diretamente proporcional à energia cinética da massa oscilante e, portanto, às tensões de fadiga que surgem nos componentes da máquina.

A vibrodiagnóstico utiliza três parâmetros principais, cada um com sua própria área de aplicação:

Vibration displacement (Displacement): The oscillation amplitude measured in micrometers (µm). This parameter is critical for low-speed machines (below 600 rpm) and for evaluating clearances in journal bearings, where it is important to prevent rotor-to-stator contact. In the context of ISO 10816-1, displacement has limited use because at high frequencies even small displacements can generate destructive forces.

Vibration velocity (Velocity): The surface point velocity measured in millimeters per second (mm/s). This is the universal parameter for the frequency range from 10 to 1000 Hz, which covers the main mechanical defects: unbalance, misalignment, and looseness. ISO 10816 adopts vibration velocity as the primary assessment criterion. The standard specifies the RMS (root mean square) value, which characterizes the average energy of vibration.

Vibration acceleration (Acceleration): The rate of change of vibration velocity measured in meters per second squared (m/s²) or in g units (1 g = 9.81 m/s²). Acceleration characterizes inertial forces and is most sensitive to high-frequency processes (from 1000 Hz and above), such as early-stage rolling bearing defects, gear mesh problems, and electrical faults in motors.

Por que RMS? ISO 10816-1 focuses on broadband vibration in the range 10–1000 Hz. The instrument must integrate the energy of all oscillations within this band and output a single RMS value. Using RMS instead of peak value is justified because RMS characterizes the total power of the oscillatory process over time, which is more relevant for evaluating thermal and fatigue impact on the mechanism. The mathematical relationship is: VRMS = Vpico / √2 para um sinal senoidal puro, mas na prática a vibração do mundo real é uma superposição de muitas frequências, tornando o RMS a única métrica de energia correta.

1.2. Contexto Histórico: De ISO 2372 a ISO 20816

Compreender os requisitos atuais exige analisar seu desenvolvimento histórico. A evolução dos padrões de vibração abrange mais de cinco décadas:

1974
ISO 2372 — Primeiro Padrão Global de Severidade de Vibração
Introduziu a classificação de máquinas por potência em quatro classes (Classe I – Classe IV) e definiu zonas de avaliação (A, B, C, D). Também introduziu os graus de severidade de vibração VDI 2056 (Severidade de Vibração 0,28 a 71). Embora tenha sido oficialmente retirada em 1995, a terminologia e a lógica deste padrão continuam amplamente utilizados na prática de engenharia hoje.
1986
ISO 3945 — Orientações sobre Condições Operacionais
Complementou a ISO 2372 com orientações sobre procedimentos de medição em condições operacionais. Introduziu o conceito de medição in situ versus teste de aceitação. Este padrão foi posteriormente incorporado à ISO 10816-1.
1995
ISO 10816-1 — Diretrizes Gerais (Foco Atual)
Replaced ISO 2372 and ISO 3945. Its key innovation was a clearer distinction of requirements depending on foundation type (rigid versus flexible). Became the "umbrella" document defining general principles (Part 1), while specific limit values for different machine types were moved to subsequent parts (Parts 2–7).
1998–2009
Partes 2–7 da ISO 10816 — Padrões Específicos para Máquinas
Uma série de partes especializadas foi publicada: Parte 2 (turbinas a vapor >50 MW), Parte 3 (máquinas industriais >15 kW), Parte 4 (turbinas a gás), Parte 5 (máquinas hidráulicas), Parte 6 (máquinas alternativas), Parte 7 (bombas rotodinâmicas). Cada uma fornece limites específicos adaptados ao tipo particular de máquina.
2016–Presente
ISO 20816 — Série Moderna Unificada
A iteração moderna. A ISO 20816 combina a série 10816 (vibração de partes não rotativas) e a série 7919 (vibração de eixos rotativos) em uma única estrutura unificada. A ISO 20816-1:2016 substituiu a ISO 10816-1:1995. Para a maioria das máquinas industriais de uso geral, a metodologia da ISO 10816 permanece dominante.

Este relatório foca em ISO 10816-1 e ISO 10816-3, porque esses documentos são as principais ferramentas de trabalho para cerca de 90% dos equipamentos industriais diagnosticados com instrumentos portáteis como o Balanset-1A.

Capítulo 2. Análise Detalhada da Metodologia ISO 10816-1

2.1. Escopo e Limitações

A ISO 10816-1 aplica-se a medições de vibração realizadas em partes não rotativas de máquinas (mancas, pés, estruturas de suporte). A norma não se aplica à vibração causada por ruído acústico e não abrange máquinas alternativas (elas são cobertas pela ISO 10816-6), que geram forças inerciais específicas devido ao seu princípio de funcionamento.

Um aspecto crítico é que a norma regula medições in situ — em condições reais de operação, não apenas em bancada de teste. Isso significa que os limites levam em conta a influência da fundação real, conexões de tubulação e condições de carga de operação.

Limitação principal: A ISO 10816-1 fornece apenas diretrizes gerais. Os limites das zonas em seu Anexo B são valores recomendados baseados em experiência acumulada. Quando limites de vibração específicos do fabricante estiverem disponíveis, eles têm precedência. O padrão declara explicitamente que os valores tabulados destinam-se a situações em que não existem critérios específicos.

2.2. Classificação de Equipamentos

Um elemento-chave da metodologia é a divisão de todas as máquinas em classes. Aplicar limites da Classe IV a uma máquina da Classe I pode fazer com que um engenheiro perca uma condição perigosa, enquanto o oposto pode levar a paradas injustificadas de equipamentos saudáveis.

Tabela 2.1. Classificação de Máquinas de Acordo com a ISO 10816-1

Classe Descrição Máquinas Típicas Tipo de Fundação
Classe I Partes individuais de motores e máquinas, estruturalmente conectadas ao conjunto. Máquinas pequenas. Motores elétricos até 15 kW. Bombas pequenas, acionamentos auxiliares. Qualquer
Classe II Máquinas de médio porte sem fundações especiais. Motores elétricos de 15–75 kW. Motores até 300 kW em base rígida. Bombas, ventiladores. Geralmente rígida
Classe III Motores primários grandes e outras máquinas grandes com massas rotativas. Turbinas, geradores, bombas de alta potência (>75 kW). Rígido
Classe IV Motores primários grandes e outras máquinas grandes com massas rotativas. Turbogeradores, turbinas a gás (>10 MW). Flexível

Problema de Identificação do Tipo de Fundação (Rígida vs. Flexível)

The standard defines a foundation as rigid if the first natural frequency of the "machine–foundation" system is above the main excitation frequency (rotational frequency). A foundation is flexible if its natural frequency is below the rotational frequency.

Na prática, isso significa:

  • Uma máquina parafusada a um piso de concreto maciço geralmente pertence a uma classe com fundação rígida.
  • Uma máquina montada em isoladores de vibração (molas, almofadas de borracha) ou em uma estrutura de aço leve (por exemplo, uma estrutura de nível superior) pertence a uma classe com fundação flexível.
  • A mesma máquina física pode mudar de classe se for movida de uma fundação para outra — isso é crítico para lembrar ao realocar equipamentos.

Erro comum: Many engineers assume that any steel structure is "rigid." In reality, a machine on a steel mezzanine typically has a flexible support because the mezzanine's natural frequency is often below the machine's running speed. Always verify by checking the natural frequency of the support structure.

2.3. Zonas de Avaliação de Vibração

Instead of a binary "good/bad" evaluation, the standard offers a four-zone scale that supports condition-based maintenance:

Zona A — Boa

Nível de vibração para máquinas recém-comissionadas ou após grande revisão. Esta é a condição de referência que indica excelente balanceamento dinâmico e instalação adequada.

Zona B — Satisfatória

Máquinas aptas para operação de longo prazo sem restrições. O nível de vibração é maior que o ideal, mas não ameaça a confiabilidade. Nenhuma ação necessária.

Zona C — Insatisfatória

Máquinas não aptas para operação contínua de longo prazo. Degradação acelerada de rolamentos e vedações. Operar por tempo limitado sob monitoramento reforçado até a próxima janela de manutenção.

Zona D — Inaceitável

Níveis de vibração que podem causar falha catastrófica. Parada imediata é necessária. A operação contínua arrisca danos graves ao equipamento, riscos de segurança e danos colaterais a sistemas adjacentes.

2.4. Valores Limite de Vibração

The table below summarizes the limit values of RMS vibration velocity (mm/s) according to Annex B of ISO 10816-1. These values are empirical and serve as guidelines if the manufacturer's specifications are not available.

Tabela 2.2. Valores de Limite das Zonas (Anexo B da ISO 10816-1)

Limite da zona Classe I (mm/s) Classe II (mm/s) Classe III (mm/s) Classe 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

Comparação Visual: Limites das Zonas por Classe de Máquina

Classe I
<0,71
0,71–1,8
1,8–4,5
>4,5
Classe II
<1,12
1,12–2,8
2,8–7,1
>7,1
Classe III (rígida)
<1,8
1,8–4,5
4,5–11,2
>11,2
Classe IV (flexível)
<2,8
2,8–7,1
7,1–18
>18

Interpretação analítica. Consider the value 4.5 mm/s. For small machines (Class I) this is the boundary of the emergency condition (C/D), which requires shutdown. For medium-sized machines (Class II) this is the middle of the "requires attention" zone. For large machines on a rigid foundation (Class III) this is only the boundary between "satisfactory" and "unsatisfactory" zones. For machines on a flexible foundation (Class IV) this is a normal operating vibration level (Zone B). This progression demonstrates the risk of using universal limits without proper classification.

2.5. Dois Critérios de Avaliação: Valor Absoluto vs. Variação Relativa

A norma ISO 10816-1 define dois critérios de avaliação independentes que devem ser aplicados simultaneamente:

Critério I — Magnitude da Vibração: A velocidade de vibração RMS de banda larga absoluta comparada aos limites das zonas. Este é o critério principal descrito nas tabelas acima.

Critério II — Variação da Vibração: Uma variação significativa (aumento ou diminuição) no nível de vibração em relação ao valor de referência estabelecido, independentemente de o nível absoluto cruzar ou não um limite de zona. Uma mudança súbita de mais de 25% no nível de vibração pode indicar uma falha em desenvolvimento, mesmo que a máquina permaneça na Zona B. Por outro lado, uma diminuição súbita pode indicar que um acoplamento falhou ou que um componente se rompeu.

Dica prática: Registre sempre os níveis de vibração de referência durante a comissionamento ou após a manutenção. A análise de tendências dos dados de vibração ao longo do tempo é frequentemente mais valiosa do que uma medição pontual. O software do Balanset-1A permite salvar os resultados das medições para comparação.

Capítulo 3. Visão Geral Completa da Série ISO 10816 / 20816

A norma ISO 10816 foi publicada como uma série em várias partes, onde a Parte 1 fornece a estrutura geral e as partes subsequentes definem requisitos específicos para diferentes tipos de máquinas. Compreender qual parte se aplica ao seu equipamento específico é essencial para uma avaliação correta.

Tabela 3.0. Lista Completa das Partes da ISO 10816 e Seus Substitutos da ISO 20816

Parte da ISO 10816 Tipo de Máquina / Escopo Substituído por (ISO 20816) Parâmetros Principais
10816-1:1995 Diretrizes gerais para todas as máquinas 20816-1:2016 Velocidade RMS, 10–1000 Hz
10816-2:2009 Turbinas a vapor e geradores >50 MW em terra 20816-2:2017 Velocidade RMS + Deslocamento pico-a-pico
10816-3:2009 Máquinas industriais >15 kW, 120–15.000 rpm (ventiladores, bombas, compressores, motores) 20816-3:2022 Velocidade RMS, 10–1000 Hz
10816-4:2009 Conjuntos acionados por turbinas a gás, excluindo derivados de aeronaves 20816-4:2018 Velocidade RMS + Deslocamento
10816-5:2000 Máquinas hidráulicas >1 MW ou com velocidade >600 rpm (turbinas hidráulicas, bombas) 20816-5:2018 Velocidade RMS + Deslocamento
10816-6:1995 Máquinas alternativas >100 kW 20816-8:2018 Velocidade RMS (bandas modificadas)
10816-7:2009 Bombas rotodinâmicas (incluindo centrífugas e de fluxo misto) 20816-7 (em desenvolvimento) Velocidade RMS, 10–1000 Hz
10816-8:2014 Sistemas de compressores alternativos 20816-8:2018 Velocidade RMS

3.1. Série ISO 7919 (Vibração do Eixo) — Agora Parte da ISO 20816

While ISO 10816 focused exclusively on housing vibration, the parallel ISO 7919 series addressed shaft vibration measured using non-contact proximity probes (eddy current sensors). For critical rotating machinery such as large steam turbines, gas turbines, and generators, shaft relative vibration is often the more informative parameter because it directly measures the motion of the rotor within its bearing clearances.

A unificação dessas duas séries na ISO 20816 reflete a compreensão moderna de que o monitoramento de condição abrangente de máquinas críticas requer tanto a vibração do mancal (para avaliação estrutural) quanto a vibração do eixo (para avaliação dinâmica do rotor).

3.2. Normas Internacionais Relacionadas

A ISO 10816 não existe isoladamente. Várias normas complementares definem especificações de sensores, qualidade de balanceamento e metodologia de medição:

Padrão Título / Escopo Relevância para a ISO 10816
ISO 1940-1 Balance quality requirements of rotating rigid bodies Defines permissible residual unbalance (G grades: G0.4 to G4000). Directly linked to achievable vibration levels per ISO 10816.
ISO 2954 Requisitos para instrumentos de medição de vibração Especifica a precisão e a resposta em frequência para instrumentos usados conforme a ISO 10816.
ISO 5348 Mechanical mounting of accelerometers Define a montagem correta dos sensores para garantir medições válidas conforme a ISO 10816.
ISO 13373-1/2 Condition monitoring of machines — vibration Fornece orientações sobre técnicas de aquisição de dados e análise espectral usadas em conjunto com as avaliações da ISO 10816.
ISO 10816-21 Turbinas eólicas de eixo horizontal com multiplicadora Limites específicos de vibração para aplicações de energia eólica.
ISO 14694 Requisitos de qualidade de balanceamento para ventiladores Graus de balanceamento específicos para ventiladores (BV-1 a BV-5) que complementam as zonas de vibração da ISO 10816-3.

3.3. Relação Entre a Qualidade de Balanceamento da ISO 1940 e as Zonas de Vibração da ISO 10816

One of the most common questions in practice is how the balance quality grade (G value per ISO 1940) relates to the vibration zones in ISO 10816. While no exact mathematical formula links them (the relationship depends on bearing stiffness, machine mass, and support dynamics), there is a general correlation:

  • O grau de balanceamento G2.5 (típico para ventiladores, bombas, motores) geralmente alcança a Zona A ou B em máquinas corretamente instaladas.
  • O grau de balanceamento G6.3 (máquinas gerais) tipicamente alcança a Zona B, mas pode estar na Zona C para estruturas rígidas e leves.
  • O grau de balanceamento G16 (equipamentos agrícolas, britadores) geralmente corresponde à Zona C ou pior, conforme a ISO 10816.

O sistema Balanset-1A pode alcançar qualidade de balanceamento G2.5 ou melhor, o que contribui diretamente para atender aos requisitos da Zona A da ISO 10816.

Capítulo 4. Especificidades das Máquinas Industriais: ISO 10816-3

Enquanto a ISO 10816-1 define a estrutura geral, na prática, a maioria das unidades industriais (bombas, ventiladores, compressores acima de 15 kW) é regida pela Parte 3 mais específica da norma (ISO 10816-3). É importante entender a diferença, pois o Balanset-1A é frequentemente usado para balancear ventiladores e bombas cobertos por esta parte.

4.1. Grupos de Máquinas na ISO 10816-3

Diferente das quatro classes da Parte 1, a Parte 3 divide as máquinas em dois grupos principais:

Grupo 1: Grandes máquinas com potência nominal acima de 300 kW, ou máquinas elétricas com altura do eixo maior que 315 mm, operando em velocidades entre 120 rpm e 15.000 rpm.

Grupo 2: Máquinas de tamanho médio com potência nominal de 15 kW a 300 kW, ou máquinas elétricas com altura do eixo de 160 mm a 315 mm, em velocidades de operação entre 120 rpm e 15.000 rpm.

Nota de escopo: A norma ISO 10816-3 exclui especificamente máquinas já cobertas por outras partes: turbinas a vapor (Parte 2), turbinas a gás (Parte 4), máquinas hidráulicas (Parte 5) e máquinas alternativas (Parte 6). Ela também exclui máquinas com velocidade de operação inferior a 120 rpm ou superior a 15.000 rpm.

4.2. Limites de Vibração na ISO 10816-3

Os limites dependem do tipo de fundação (Rígida / Flexível), que mantém a mesma definição da Parte 1.

Tabela 4.1. Limites de Vibração Segundo a ISO 10816-3 (RMS, mm/s)

Condição (Zona) Grupo 1 (>300 kW) Rígido Grupo 1 (>300 kW) Flexível Grupo 2 (15–300 kW) Rígido Grupo 2 (15–300 kW) Flexível
A (Novo) < 2,3 < 3,5 < 1,4 < 2,3
B (Longo prazo) 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 (Danos) > 7,1 > 11,0 > 4,5 > 7,1

Síntese de dados. Comparing ISO 10816-1 and ISO 10816-3 tables shows that ISO 10816-3 imposes stricter requirements on medium-power machines (Group 2) on rigid foundations. The boundary of Zone D is set at 4.5 mm/s, which coincides with the limit for Class I in Part 1. This confirms the trend toward stricter limits for modern, faster, and lighter equipment. When using Balanset-1A to diagnose a 45 kW fan on a concrete floor, you should focus on the "Group 2 / Rigid" column of this table, where the transition to the emergency zone occurs at 4.5 mm/s.

4.3. Requisitos Adicionais da ISO 10816-3

A ISO 10816-3 adiciona disposições importantes além dos limites básicos das zonas:

  • Teste de aceitação: Para máquinas recém-instaladas ou reparadas, a vibração deve estar na Zona A. Se estiver na Zona B, recomenda-se uma investigação para determinar a causa.
  • Alarmes operacionais: A norma recomenda definir dois níveis de alarme — ALERTA (tipicamente no limite B/C) e PERIGO (no limite C/D). Estes podem ser implementados em sistemas de monitoramento contínuo.
  • Condições transitórias: A norma reconhece que durante a partida e a parada, a vibração pode exceder temporariamente os limites em regime permanente, particularmente ao passar por velocidades críticas (ressonâncias).
  • Máquinas acopladas: Para equipamentos acoplados (por exemplo, conjuntos motor-bomba), cada máquina deve ser avaliada individualmente usando os limites apropriados à sua classificação de grupo.

Capítulo 5. Arquitetura de Hardware do Sistema Balanset-1A

To implement the requirements of ISO 10816/20816, you need an instrument that provides accurate and repeatable measurements and matches the required frequency ranges. The Balanset-1A system developed by Vibromera is an integrated solution that combines the functions of a two-channel vibration analyzer and a field balancing instrument.

5.1. Canais de Medição e Sensores

O sistema Balanset-1A possui dois canais independentes de medição de vibração (X1 e X2), o que permite medições simultâneas em dois pontos ou em dois planos.

Tipo de sensor. O sistema utiliza acelerômetros (transdutores de vibração que medem aceleração). Este é o padrão moderno da indústria, pois os acelerômetros oferecem alta confiabilidade, ampla faixa de frequência e boa linearidade.

Integração de sinal. Como a ISO 10816 exige a avaliação da velocidade de vibração (mm/s), o sinal dos acelerômetros é integrado em hardware ou software. Esta é uma etapa crítica de processamento de sinal, e a qualidade do conversor analógico-digital desempenha um papel fundamental.

Faixa de medição. The instrument measures vibration velocity (RMS) in the range from 0.05 to 100 mm/s. This range fully covers all ISO 10816 evaluation zones (from Zone A < 0.71 to Zone D > 45 mm/s for the largest machines).

5.2. Características de Frequência e Precisão

As características metrologicas do Balanset-1A estão em total conformidade com os requisitos da norma.

Faixa de frequência. A versão básica do instrumento opera na banda de 5 Hz a 550 Hz. O limite inferior de 5 Hz (300 rpm) até excede o requisito da norma ISO 10816 de 10 Hz e suporta a diagnose de máquinas de baixa velocidade. O limite superior de 550 Hz cobre até o 11º harmônico para máquinas com frequência rotacional de 3000 rpm (50 Hz), o que é suficiente para detectar desbalanceamento (1×), desalinhamento (2×, 3×) e folga mecânica. Opcionalmente, a faixa de frequência pode ser estendida para 1000 Hz, cobrindo totalmente todos os requisitos da norma.

Precisão de amplitude. O erro de medição de amplitude é de ±5% da escala total. Para tarefas de monitoramento operacional, onde os limites das zonas diferem em centenas de por cento, esta precisão é mais do que suficiente.

Precisão de fase. O instrumento mede o ângulo de fase com uma precisão de ±1 grau. Embora a fase não seja regulamentada pela ISO 10816, ela é criticamente importante para o procedimento de balanceamento.

5.3. Canal do Tacômetro

The kit includes a laser tachometer (optical sensor) that performs two functions: measures rotor speed (RPM) from 150 to 60,000 rpm (in some versions up to 100,000 rpm), making it possible to identify whether vibration is synchronous with rotational frequency (1×) or asynchronous; and generates a reference phase signal (phase mark) for synchronous averaging and calculating correction mass angles during balancing.

5.4. Conexões e Layout

O kit padrão inclui cabos de sensor de 4 metros de comprimento (opcional 10 metros). Isso aumenta a segurança durante medições in situ. Cabos longos permitem que o operador fique a uma distância segura das partes rotativas da máquina, o que atende aos requisitos de segurança industrial para trabalho com equipamentos rotativos.

Tabela 5.1. Principais Especificações do Balanset-1A vs. Requisitos da ISO 10816

Parâmetro Requisito da ISO 10816 Especificação do Balanset-1A Conformidade
Parâmetro medido Velocidade de vibração, RMS Velocidade RMS (integrada a partir da aceleração)
Faixa de frequência 10–1000 Hz 5–1000 Hz
Faixa de medição 0,71–45 mm/s (faixa das zonas) 0.2–80 mm/s
Número de canais Pelo menos 1 2 simultaneous
Precisão de amplitude Segundo ISO 2954: ±10% ±5% ✔ (excede)
Medição de RPM Não especificado 150–60.000 rpm Capacidade adicional

Capítulo 6. Metodologia de Medição e Avaliação ISO 10816 Usando o Balanset-1A

6.1. Preparação para as Medições

Identificar a máquina. Determine the machine class or group (according to Chapters 2 and 4 of this report). For example, a "45 kW fan on vibration isolators" belongs to Group 2 (ISO 10816-3) with a flexible foundation.

Instalação do software. Install Balanset-1A drivers and software from the supplied USB drive. Connect the interface unit to the laptop's USB port.

Monte os sensores. Instale os sensores nas caixas dos rolamentos — não em tampas finas, proteções ou carcaças de chapa metálica. Use bases magnéticas e certifique-se de que o ímã assente firmemente sobre uma superfície limpa e plana. Tinta ou ferrugem sob o ímã atuam como amortecedores e reduzem as leituras de alta frequência. Mantenha a ortogonalidade: realize medições nas direções vertical (V), horizontal (H) e axial (A) em cada rolamento. O Balanset-1A possui dois canais, permitindo medir V e H simultaneamente em um suporte.

6.2. Modo Vibrômetro (F5)

Balanset-1A software has a dedicated mode for ISO 10816 evaluation. Run the program, press F5 (or click the "F5 - Vibrometer" button in the interface), then press F9 (Run) to start data acquisition.

Análise do indicador:

  • RMS (Total): The instrument displays overall RMS vibration velocity (V1s, V2s). This is the value you compare with the standard's tabulated limits.
  • 1× Vibração: O instrumento extrai a amplitude de vibração na frequência rotacional (componente síncrona).

Se o valor RMS for alto (Zona C/D), mas o componente 1× for baixo, o problema não é desbalanceamento. Pode ser um defeito no rolamento, cavitação (para uma bomba) ou problemas eletromagnéticos. Se o RMS estiver próximo do valor 1× (por exemplo, RMS = 10 mm/s, 1× = 9,8 mm/s), o desbalanceamento predomina e o balanceamento reduzirá a vibração em aproximadamente 95%.

6.3. Análise Espectral (FFT)

Se a vibração global exceder o limite (Zona C ou D), você deve identificar a causa. O modo F5 inclui uma guia Gráficos com exibição do espectro FFT.

  • Um pico dominante em 1× (frequência de rotação) indica desbalanceamento.
  • Picos em 2×, 3× indicam desalinhamento ou folga mecânica.
  • High-frequency "noise" or a forest of harmonics indicates rolling bearing defects.
  • A frequência de passagem das pás (número de pás × rpm) indica problemas aerodinâmicos em um ventilador ou problemas hidráulicos em uma bomba.
  • A frequência de linha 2× (100 Hz ou 120 Hz) indica falhas elétricas em motores (excentricidade do estator, barras do rotor quebradas).

Balanset-1A provides these visualizations, which turns it from a simple "compliance meter" into a full diagnostic tool.

6.4. Pontos de Medição e Direções

A ISO 10816-1 recomenda medir a vibração em três direções mutuamente perpendiculares em cada localização de rolamento. Para uma máquina típica de dois rolamentos, isso significa até seis pontos de medição (3 direções × 2 rolamentos). Na prática, as medições mais importantes são:

  • Vertical (V): Mais sensível ao desbalanceamento. Geralmente fornece as leituras mais altas porque os rolamentos têm menos rigidez na direção vertical.
  • Horizontal (H): Sensível ao desalinhamento e folga mecânica. Vibração horizontal que excede significativamente a vibração vertical frequentemente indica pé mancal frouxo ou parafusos soltos.
  • Axial (A): Vibração axial elevada (mais de 50% da vibração radial) sugere desalinhamento, eixo empenado ou rotor em balanço desbalanceado.

A leitura mais alta entre todos os pontos e direções de medição é tipicamente usada para a avaliação ISO 10816. Registre sempre todas as medições para análise de tendências.

Capítulo 7. Balanceamento como Método de Correção: Uso Prático do Balanset-1A

When diagnostics (based on 1× dominance in the spectrum) indicate unbalance as the main cause of ISO 10816 limit exceedance, the next step is balancing. Balanset-1A implements the influence coefficient method (three-run method).

7.1. Teoria do Balanceamento

Unbalance occurs when the rotor's center of mass does not coincide with its axis of rotation. This causes a centrifugal force F = m · r · ω² que gera vibração na frequência de rotação. O objetivo do balanceamento é adicionar uma massa de correção que produza uma força de mesma magnitude e direção oposta à força de desbalanceamento.

7.2. Procedimento de Balanceamento em Plano Único

Use este procedimento para rotores estreitos (ventiladores, polias, discos). Selecione o modo F2 no programa.

Execução 0 — Inicial: Inicie o rotor, pressione F9. O instrumento mede a vibração inicial (amplitude e fase). Exemplo: 8,5 mm/s a 120°.

Execução 1 — Massa de Teste: Stop the rotor, mount a trial weight of known mass (for example, 10 g) at an arbitrary location. Start the rotor, press F9. Example: 5.2 mm/s at 160°.

Cálculo e correção: The program automatically calculates the mass and angle of the correction weight. For example, the instrument may instruct: "Add 15 g at an angle of 45° from the trial weight position." Balanset functions support split weights: if you cannot place the weight at the calculated location, the program splits it into two weights for mounting, for example, on fan blades.

Execução 2 — Verificação: Instale a massa de correção calculada (removendo a massa de teste, se necessário). Inicie o rotor e confirme que a vibração residual caiu para a Zona A ou B de acordo com a ISO 10816 (por exemplo, abaixo de 2,8 mm/s para o Grupo 2 / Rígido).

7.3. Balanceamento em Dois Planos

Long rotors (shafts, crusher drums) require dynamic balancing in two correction planes. The procedure is similar but requires two vibration sensors (X1, X2) and three runs (Initial, Trial weight in Plane 1, Trial weight in Plane 2). Use F3 mode for this procedure.

Capítulo 8. Cenários Práticos e Interpretação (Estudos de Caso)

Estudo de Caso 1

Ventilador de Exaustão Industrial (45 kW)

Contexto: O ventilador está instalado em um telhado sobre isoladores de vibração do tipo mola.

Classificação: ISO 10816-3, Grupo 2, fundação flexível.

Medição: O Balanset-1A no modo F5 mostra RMS = 6,8 mm/s.

Análise: According to Table 4.1, the B/C boundary for "Flexible" is 4.5 mm/s, and the C/D boundary is 7.1 mm/s. The fan operates in Zone C (limited operation), approaching the emergency Zone D.

Diagnósticos: O espectro mostra um pico forte em 1×, confirmando o desbalanceamento como a fonte dominante.

Ação: O balanceamento foi realizado com o Balanset-1A. A vibração caiu para 1,2 mm/s.

✓ Resultado: Zona A (1,2 mm/s) — Falha Evitada
Estudo de Caso 2

Bomba Alimentadora de Caldeira (200 kW)

Contexto: A bomba está montada rigidamente em uma fundação maciça de concreto.

Classificação: ISO 10816-3, Grupo 2, fundação rígida.

Medição: O Balanset-1A mostra RMS = 5,0 mm/s.

Análise: According to Table 4.1, the C/D boundary for "Rigid" is 4.5 mm/s. The pump operates in Zone D — emergency condition.

Diagnósticos: O espectro mostra uma série de harmônicos e um alto nível de ruído. O pico 1× é baixo em relação à vibração total.

Ação: O balanceamento não ajudará. O problema provavelmente está nos rolamentos ou na cavitação. A bomba deve ser parada para inspeção mecânica.

✕ Resultado: Zona D (5,0 mm/s) — Parada Imediata Necessária
Estudo de Caso 3

Compressor Centrífugo (500 kW)

Contexto: O compressor está montado em uma fundação de bloco de concreto com parafusos de ancoragem.

Classificação: ISO 10816-3, Grupo 1, fundação rígida.

Medição: O Balanset-1A mostra RMS = 3,8 mm/s vertical, 5,1 mm/s horizontal no rolamento do lado do acionamento.

Análise: De acordo com a Tabela 4.1 (Grupo 1 / Rígido), 3,8 mm/s é Zona B e 5,1 mm/s é Zona C. O valor horizontal prevalece: a máquina está na Zona C.

Diagnósticos: O espectro mostra um pico dominante em 2×, com vibração axial elevada. O desalinhamento é o principal suspeito.

Ação: O alinhamento do acoplamento foi verificado com uma ferramenta a laser. Desalinhamento angular de 0,12 mm foi encontrado e corrigido para 0,03 mm. Vibração pós-correção: 1,9 mm/s horizontal.

✓ Resultado: Zona A (1,9 mm/s) — Alinhamento Corrigido

Capítulo 9. Relação Entre Parâmetros de Vibração: Deslocamento, Velocidade, Aceleração

Compreender a relação matemática entre os três parâmetros de vibração é importante para convertê-los e para entender por que a ISO 10816 escolheu a velocidade como sua métrica primária.

Para um movimento harmônico simples na frequência f (Hz):

  • Deslocamento: D = D0 · sin(2πft), medido em µm (pico ou pico-a-pico)
  • Velocidade: V = 2πf · D0 · cos(2πft), medido em mm/s
  • Aceleração: A = (2πf)² · D0 · sin(2πft), medido em m/s²

Os principais relacionamentos (para valores de pico na frequência f):

  • Vpico (mm/s) = π · f · Dp-p (µm) / 1000
  • Apico (m/s²) = 2πf · Vpico (mm/s) / 1000

Isso explica por que o deslocamento é dominante em baixas frequências e a aceleração é dominante em altas frequências, enquanto a velocidade fornece uma representação relativamente plana (independente da frequência) da severidade de vibração em toda a faixa típica de velocidade das máquinas. Um valor constante de velocidade representa tensão constante na estrutura, independentemente da frequência — esta é a razão fundamental pela qual a ISO 10816 utiliza a velocidade.

Tabela 9.1. Exemplos Práticos de Conversão a 50 Hz (3000 rpm)

Velocidade RMS (mm/s) Deslocamento p-p (µm) Aceleração RMS (m/s²) Zona ISO 10816-1 (Classe II)
1.0 9.0 0.44 Zona A
2.8 25.2 1.24 Limite B/C
4.5 40.5 2.00 Zona C
7.1 63.9 3.15 Limite C/D

Capítulo 10. Erros Comuns de Medição e Como Evitá-los

Mesmo com um instrumento devidamente calibrado, como o Balanset-1A, erros de medição podem levar a conclusões incorretas. Aqui estão as armadilhas mais comuns:

10.1. Erros de Montagem do Sensor

Problema: Sensor montado em uma proteção, tampa fina ou estrutura frouxa em vez da caixa do rolamento. Isso causa leituras falsamente altas devido às ressonâncias estruturais da tampa, levando a paradas desnecessárias.

Solução: Sempre monte diretamente na caixa do rolamento. Use montagem magnética em uma superfície metálica limpa e plana. Para superfícies com tinta mais espessa que 0,1 mm, raspe uma pequena área até o metal nu.

10.2. Classificação Errada da Máquina

Problema: Aplicar limites da Classe I a um compressor de 200 kW (que deveria ser Grupo 2 conforme a ISO 10816-3) resulta em alarmes prematuros.

Solução: Always identify the machine's power rating, speed, and foundation type before selecting the applicable standard and group.

10.3. Ignorar Condições de Operação

Problema: Medir vibração durante a partida ou em carga parcial. Os limites da ISO 10816 aplicam-se à operação em regime permanente nas condições normais de operação.

Solução: Permita que a máquina atinja o equilíbrio térmico e a velocidade/carga normal de operação antes de registrar as medições. Para motores elétricos, isso geralmente significa pelo menos 15 minutos de operação.

10.4. Cabos e Ruído Elétrico

Problema: Passar cabos de sensores ao lado de cabos de alimentação introduz interferência eletromagnética, causando leituras artificialmente elevadas, especialmente em 50/60 Hz e harmônicos.

Solução: Roteie os cabos dos sensores longe dos cabos de alimentação. Use cabos blindados sempre que possível. Os cabos do Balanset-1A são blindados por projeto, mas o roteamento adequado continua sendo importante.

10.5. Medições em Ponto Único

Problema: Measuring only one direction at one bearing and concluding "the machine is fine."

Solução: Meça em pelo menos duas direções (V e H) em cada rolamento. Use a leitura mais alta para a avaliação da ISO 10816. Diferenças significativas entre as direções podem indicar falhas específicas (por exemplo, horizontal > vertical frequentemente indica folga estrutural).

Perguntas Frequentes (FAQ)

O que é a ISO 10816-1?
A ISO 10816-1 é uma norma internacional que fornece diretrizes gerais para avaliar a vibração de máquinas por meio de medições em partes não rotativas, como caixas de rolamento, pedestais e fundações. Ela estabelece zonas de severidade de vibração (A, B, C, D) usando a velocidade de vibração RMS (mm/s) na faixa de frequência de 10–1000 Hz. A norma classifica as máquinas em quatro classes com base no tamanho, potência e tipo de fundação.
Qual é a diferença entre ISO 10816 e ISO 20816?
ISO 20816 is the modern replacement for ISO 10816. It merges two earlier series: ISO 10816 (vibration on non-rotating parts) and ISO 7919 (vibration on rotating shafts) into a single unified framework. ISO 20816-1:2016 replaced ISO 10816-1:1995, though the fundamental measurement methodology and zone classification remain similar. The transition is gradual — most parts have now been replaced (e.g. ISO 10816-3 by ISO 20816-3:2022), while a few, such as ISO 10816-7, remain the current reference until their ISO 20816 replacements are published.
Qual nível de vibração é aceitável de acordo com a ISO 10816?
A vibração aceitável depende inteiramente da classe da máquina. Para máquinas pequenas (Classe I, até 15 kW), a Zona A (boa) é abaixo de 0,71 mm/s RMS, e o limite de alarme (limite C/D) está em 4,5 mm/s. Para máquinas de médio porte (Classe II), a Zona A é abaixo de 1,12 mm/s. Para máquinas grandes em fundações rígidas (Classe III), a Zona A é abaixo de 1,80 mm/s. Para máquinas grandes em fundações flexíveis (Classe IV), a Zona A é abaixo de 2,80 mm/s. Sempre use a classe correta para sua máquina específica.
Quais são as quatro zonas de vibração na ISO 10816?
Zona A — máquinas recém-comissionadas em excelente condição. Zona B — aceitável para operação de longo prazo sem restrições. Zona C — insatisfatória para operação contínua de longo prazo, requer ação corretiva agendada. Zona D — níveis de vibração perigosos que podem causar danos; parada imediata é necessária.
Como medir a vibração de acordo com a ISO 10816?
Monte um acelerômetro na caixa do rolamento (uma parte não rotativa e estruturalmente rígida) da máquina. Meça a velocidade de vibração RMS de banda larga em mm/s na faixa de frequência de 10–1000 Hz. Faça leituras em pelo menos duas direções (vertical e horizontal) em cada rolamento. Compare o valor medido mais alto com os limites de zona para a classe de máquina e o tipo de fundação apropriados. Instrumentos como o Balanset-1A integram o sinal de aceleração internamente para fornecer as leituras de velocidade necessárias.
Qual é a diferença entre ISO 10816-1 e ISO 10816-3?
A ISO 10816-1 é a norma geral (guarda-chuva) que define a metodologia e as classes amplas de máquinas (I–IV). A ISO 10816-3 fornece limites de vibração mais específicos para máquinas industriais com potência nominal acima de 15 kW e até 50 MW em velocidades de operação entre 120 e 15.000 rpm. A ISO 10816-3 divide as máquinas em Grupo 1 (>300 kW) e Grupo 2 (15–300 kW) e é a norma mais comumente usada na prática para ventiladores, bombas, compressores e motores.
O Balanset-1A pode ser usado para medições de conformidade com a ISO 10816?
Yes. The Balanset-1A measures RMS vibration velocity in the range 0.2–80 mm/s with a frequency band of 5–1000 Hz, which covers the ISO 10816 requirements. Its two simultaneous measurement channels, FFT spectrum analysis, and ±5% amplitude accuracy make it suitable for both screening assessments and detailed diagnostics per the ISO 10816 methodology.
A ISO 10816-1 ainda é válida ou foi substituída?
ISO 10816-1:1995 was formally superseded by ISO 20816-1:2016. However, the principles, methodology, and zone classification remain fundamentally the same. Most specific parts have also been replaced by their ISO 20816 counterparts (e.g. ISO 10816-3 for industrial machines by ISO 20816-3:2022), although a few, such as ISO 10816-7, are still current. In engineering practice, the ISO 10816 framework and terminology continue to be widely used.

Conclusão

A ISO 10816-1 e sua Parte 3 especializada fornecem uma base fundamental para garantir a confiabilidade de equipamentos industriais. A transição da percepção subjetiva para a avaliação quantitativa da velocidade de vibração (RMS, mm/s) permite que os engenheiros classifiquem objetivamente a condição da máquina e planejem a manutenção com base em dados reais, em vez de cronogramas arbitrários.

O sistema de avaliação de quatro zonas (de A a D) fornece uma linguagem universalmente compreendida para comunicar a condição da máquina entre equipes de manutenção, gestão e fornecedores de equipamentos. Quando combinada com a análise espectral, essa metodologia permite não apenas a detecção de problemas, mas também a identificação de causas raiz — desbalanceamento, desalinhamento, desgaste de rolamentos, folga mecânica e falhas elétricas.

Instrumental implementation of these standards using the Balanset-1A system has proven effective. The instrument provides metrologically accurate measurements in the 5–1000 Hz range (fully covering standard requirements for most machines) and offers the functionality required to identify the causes of elevated vibration (spectral analysis) and eliminate them (balancing).

Para empresas operacionais, implementar monitoramento regular com base na metodologia ISO 10816 e instrumentos como o Balanset-1A é um investimento direto na redução dos custos operacionais. A capacidade de distinguir a Zona B da Zona C ajuda a evitar tanto reparos prematuros de máquinas saudáveis quanto falhas catastróficas causadas pela ignorância de níveis críticos de vibração.

Fim do relatório

Categories: GlossárioNormas ISO

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