ISO 1940-2 — Balance Errors (now ISO 21940-14)
The historical standard for assessing balance errors of rigid rotors — systematic, randomly variable and scalar error sources in the balancing process. Withdrawn and replaced by ISO 21940-14:2012. The balancing vocabulary itself is defined in ISO 21940-2 (formerly ISO 1925) and is summarised below.
Termos-Chave de Balanceamento em Resumo
The most important definitions from the ISO balancing vocabulary — ISO 21940-2 (formerly ISO 1925) — the terms every balancing practitioner must know
Referência Completa de Terminologia
All major terms from the balancing vocabulary, ISO 21940-2 (formerly ISO 1925), organised by category
| Termo | Definição | Significado |
|---|---|---|
| Rotor Rotor | Um corpo capaz de rotação em torno de um eixo definido. No contexto do balanceamento, inclui qualquer componente rotativo: eixos, impelidores, armaduras, tambores, fusos. | O objeto fundamental do balanceamento. Todos os outros termos descrevem propriedades do rotor ou ações sobre ele. |
| Rotor Rotor Rígido | Um rotor cujo desbalanceamento pode ser corrigido em quaisquer dois planos arbitrários e, após a correção, o desbalanceamento residual não muda significativamente em nenhuma velocidade até a velocidade máxima de serviço. | Determina que ISO 1940-1 (sistema de grau G) se aplica. O balanceamento em baixa velocidade em uma máquina de oficina é válido. A vasta maioria dos rotores industriais é rígida. |
| Rotor Rotor Flexível | Um rotor que se deforma elasticamente na sua velocidade de serviço de tal forma que seu estado de desbalanceamento muda. Deve ser corrigido na ou perto da velocidade de serviço em mais de dois planos. | Requer ISO 21940-12. Turbinas de alta velocidade, grandes geradores, compressores multietapa. Equipamento especializado de balanceamento de alta velocidade necessário. |
| Rotor Eixo do Eixo | A linha reta que une os centros dos munhões do eixo. O eixo geométrico de rotação. | O eixo de referência para todas as medições de desbalanceamento. O runout dos munhões afeta a precisão da medição. |
| Rotor Eixo Principal de Inércia | O eixo em torno do qual o rotor giraria livremente sem produzir força centrífuga ou momento. Coincide com o eixo do eixo para um rotor perfeitamente balanceado. | A incompatibilidade entre o eixo principal e o eixo do eixo é desbalanceamento. Toda correção visa alinhar esses dois eixos. |
| Rotor Centro de Massa (Gravidade) | O ponto onde toda a massa do rotor pode ser considerada concentrada. Para um rotor balanceado, fica exatamente no eixo do eixo. | Desbalanceamento estático = CoM deslocado do eixo do eixo. Desbalanceamento específico (e) = distância de deslocamento. |
| Rotor Velocidade de Serviço | A velocidade de rotação máxima na qual o rotor opera em sua aplicação pretendida. | Crítico para o cálculo de tolerância: Upor = (9 549 × G × M) / n. Use sempre a velocidade de serviço, não a velocidade de balanceamento. |
| Rotor Velocidade Crítica | Uma velocidade de rotação na qual um sistema rotor-mancal experimenta ressonância, resultando em vibração amplificada. | Determina a classificação rígido/flexível. Um rotor rígido opera bem abaixo da primeira velocidade crítica de flexão. |
| Termo | Definição | Fórmula / Unidades |
|---|---|---|
| Desbalanceamento Desbalanceamento | Condição em que o eixo principal de inércia não coincide com o eixo de rotação. Causa força centrífuga proporcional à massa, excentricidade e velocidade ao quadrado. | U = m × r (g·mm ou kg·m) |
| Desbalanceamento Desbalanceamento Estático | Eixo principal paralelo ao eixo de rotação, mas deslocado. Equivalente a uma única massa em um único raio. Detectável sem rotação (bicos de faca). Vibração em fase nos mancais. | Corrigido em 1 plano |
| Desbalanceamento Desbalanceamento de Momento | O eixo principal intersecta o eixo de rotação no centro de massa, mas está inclinado. Duas manchas pesadas iguais e opostas em planos diferentes criam um momento de balanço. Detectável apenas durante a rotação. | Corrigido em 2 planos |
| Desbalanceamento Desbalanceamento Dinâmico | O caso geral: eixo principal nem paralelo nem intersectando o eixo de rotação. Combinação de desbalanceamento estático e de momento. A condição mais comum no mundo real. | Corrigido em 2 planos |
| Desbalanceamento Desbalanceamento Específico | Razão entre o desbalanceamento e a massa do rotor. Representa a excentricidade — o deslocamento do centro de massa em relação ao eixo do rotor. Permite comparação de qualidade entre diferentes tamanhos de rotor. | e = U / M (µm ou g·mm/kg) |
| Desbalanceamento Desbalanceamento Residual | O desbalanceamento que permanece no rotor após o processo de balanceamento. Não deve exceder o valor admissível (Upor) para o Grau G. | Ures ≤ Upor |
| Desbalanceamento Desbalanceamento Inicial | O desbalanceamento de um rotor conforme recebido, antes de qualquer correção de balanceamento. Medido na primeira operação. | Valor de referência para o procedimento de balanceamento |
| Desbalanceamento Vetor de Desbalanceamento | A magnitude e a posição angular do desbalanceamento em um plano dado. Representado como um vetor polar com amplitude (g·mm) e ângulo de fase (°). | U∠θ (g·mm a ° da ref) |
| Termo | Definição | Notas Práticas |
|---|---|---|
| Processo Balanceamento | O processo de verificação e ajuste da distribuição de massa de um rotor para que o desbalanceamento residual esteja dentro de uma tolerância especificada. | Iterativo: medir → calcular → corrigir → verificar. |
| Processo Plano de Correção | Um plano perpendicular ao eixo do rotor no qual a massa é adicionada ou removida. A localização fisicamente acessível para a colocação da massa. | Pode diferir dos planos de tolerância (rolamento) — requer conversão geométrica. |
| Processo Plano de Tolerância | O plano no qual o desbalanceamento admissível é especificado — tipicamente o plano do rolamento. O desbalanceamento aqui afeta diretamente as cargas nos rolamentos. | Upor é especificado para planos de tolerância; deve ser convertido para planos de correção. |
| Processo Massa de Correção | A massa física (peso) adicionada ou removida do rotor em um raio e ângulo específicos dentro do plano de correção. | Adicionada: clip-on, parafusada, soldada, epóxi. Removida: perfuração, fresamento, retificação. |
| Processo Massa de teste | A known mass temporarily attached to the rotor at a known radius and angle during the balancing procedure. Used to determine the rotor's response (influence coefficient). | O método de massa de teste do Balanset-1A: operar → fixar massa de teste → operar → software calcula a correção. |
| Processo Coeficiente de Influência | A mudança na resposta de vibração (amplitude e fase) em um ponto de medição causada por uma unidade de desbalanceamento em uma localização específica. Caracteriza a sensibilidade do rotor-rolamento. | Calculado a partir de operações com massa de teste. O balanceamento em dois planos requer uma matriz de influência 2×2. |
| Processo Balanceamento em Plano Único | Procedimento que corrige o desbalanceamento estático em um plano de correção. Apropriado para rotores curtos (tipo disco) com L/D < 0,5. | Balanset-1A Modo F2. Um sensor, um plano. |
| Processo Balanceamento em Dois Planos | Procedimento que corrige tanto o desbalanceamento estático quanto o de momento em dois planos de correção. Necessário para rotores alongados ou quando o desbalanceamento de momento é significativo. | Balanset-1A Modo F3. Dois sensores, dois planos. |
| Processo Balanceamento de Ajuste Fino | Um ajuste final e fino de balanceamento realizado em um rotor montado para compensar o desbalanceamento introduzido pela montagem (excentricidade de rotação do acoplamento, tolerâncias de ajuste). | Frequentemente realizado em campo na máquina instalada. |
| Processo Divisão de Massa | Distribuir uma massa de correção calculada entre duas localizações acessíveis adjacentes (por exemplo, dois furos de parafuso ou posições de pá) quando a posição angular exata não é acessível. | O Balanset-1A fornece cálculo automático de divisão de massa. |
| Termo | Definição | Comparação |
|---|---|---|
| Máquina Máquina de Balanceamento | Um dispositivo que mede o desbalanceamento em um rotor (magnitude e posição angular) para que a distribuição de massa possa ser corrigida. | Baseada em oficina (estacionária) ou em campo (portátil como Balanset-1A). |
| Máquina Máquina de Rolamento Flexível | A suspensão é muito flexível. O rotor opera acima da frequência natural da suspensão. Mede o deslocamento físico. Deve ser calibrada para cada geometria de rotor. | Menos comum hoje. Custo mais baixo, mas o operador deve recalibrar por rotor. Sensor de deslocamento. |
| Máquina Máquina de Rolamento Rígido | A suspensão é muito rígida. O rotor opera abaixo da frequência natural da suspensão. Os sensores medem a força centrífuga diretamente. Calibração permanente — aceita uma ampla gama de rotores sem configuração específica do rotor. | Tipo dominante na indústria moderna. Mais versátil, configuração mais rápida. Sensor de força. |
| Máquina Balanceador de Campo | Instrumento portátil usado para balancear rotores in situ (instalados na máquina) sem desmontagem. Usa sensores de vibração e um tacômetro. Método de massa de teste. | Balanset-1A (2 canais) e Balanset-4 (4 canais). Calculadora de tolerância ISO 1940 integrada. |
| Máquina Mandril (Eixo de Montagem) | Um eixo ou adaptador no qual um rotor é montado para balanceamento em uma máquina. Deve ser precisamente concêntrico e ter excentricidade de rotação desprezível. | A excentricidade do mandril é uma fonte importante de erro sistemático de balanceamento. Verificada por teste de indexação. |
| Termo | Definição | Fórmula / Padrão |
|---|---|---|
| Qualidade Grau de Qualidade de Balanceamento (G) | A classification specifying the maximum permissible velocity of the rotor's centre of mass. G = epor × ω. Os graus formam uma escala logarítmica com fator 2,5. | G 0,4 … G 4000 Definido em ISO 1940-1 |
| Qualidade Desbalanceamento Residual Admissível (Upor) | Desbalanceamento residual máximo permitido para o grau G especificado, massa do rotor e velocidade de serviço. O critério de aceitação. | Upor = (9549 × G × M) / n |
| Qualidade Tolerância de Balanceamento | A faixa na qual o desbalanceamento residual deve cair para atender ao requisito de qualidade especificado. Igual a Upor. | Especificado por plano após alocação |
| Qualidade Taxa de Redução de Desbalanceamento (URR) | Razão entre o desbalanceamento inicial e o desbalanceamento residual após um ciclo de correção. Indica a eficiência da máquina/procedimento de balanceamento. | URR = Uinicial / Uresidual Típico: 5–50× |
| Medição Ângulo de Fase | A posição angular do vetor de desbalanceamento em relação a uma marca de referência no rotor (medida por tacômetro). Combinada com a amplitude, define o vetor de desbalanceamento completo. | ° (graus, 0–360) |
| Medição Velocidade de Vibração (RMS) | Valor RMS da velocidade de vibração na caixa do rolamento. O parâmetro de medição padrão para avaliação da condição da máquina por ISO 10816. | mm/s RMS (10–1000 Hz) |
| Medição Teste de Indexação | Procedimento de verificação: rotacionar o rotor em um ângulo definido (ex. 180°) em relação aos suportes da máquina e remedir. Detecta erros de mandril e fixação. | Obrigatório para verificação formal por ISO 1940-1 Cap. 10 |
| Medição Desbalanceamento Residual Mínimo Alcançável (Umar) | O menor desbalanceamento residual alcançável em uma dada máquina de balanceamento para um rotor específico. Determinado pela sensibilidade da máquina, ruído de fundo e condições dos rolamentos. | Umar deve ser ≤ Upor para que a máquina seja adequada para o grau G exigido. |
O que é a ISO 1940-2?
ISO 1940-2:1997 (Mechanical vibration — Balance quality requirements of rigid rotors — Part 2: Balance errors) was the international standard for identifying, assessing and taking into account the errors that arise when balancing rigid rotors — from mandrel and drive-shaft unbalance to component runout and instrumentation scatter. It has been withdrawn and replaced by ISO 21940-14:2012 (Mechanical vibration — Rotor balancing — Part 14: Procedures for assessing balance errors), which extends the same procedures to rotors with flexible behaviour. Note: it is often confused with the balancing vocabulary — that is a different standard, ISO 21940-2 (formerly ISO 1925), whose terminology this page summarises below.
When an engineer in Germany specifies "dynamic unbalance correction to G 6.3 in two planes," a technician in Japan must understand exactly what is required — the same rotor condition, the same balancing procedure, and the same acceptance criterion. The ISO balancing vocabulary — ISO 21940-2 (formerly ISO 1925) — makes this possible by providing a single, internationally agreed vocabulary for the entire field.
ISO 1940-2 itself, by contrast, was neither a dictionary nor a tolerance specification — it dealt with balance errors. It classified the error sources of the balancing process as systematic (magnitude and angle can be evaluated — e.g. mandrel or drive-shaft unbalance, radial and axial runout, keys and keyways, residual magnetism, reassembly and instrumentation errors), randomly variable (loose parts, entrapped liquids, thermal distortion, windage) and scalar (only the maximum magnitude can be estimated, the angle is indeterminate — e.g. fitting clearances and manufacturing tolerances), and gave procedures for assessing them and taking them into account so that the residual unbalance genuinely stays within the permissible value Upor de ISO 1940-1 (now ISO 21940-11). Its successor, ISO 21940-14, keeps exactly this role within the ISO 21940 series.
Análise Detalhada dos Termos
A Distinção Rígido / Flexível
Esta é a classificação mais importante no balanceamento. A distinção determina tudo: qual padrão se aplica, que equipamento é necessário, quantos planos são necessários e em que velocidade o balanceamento deve ser realizado.
A rotor whose unbalance can be corrected in any two arbitrary planes and, after correction, the residual unbalance does not change significantly at any speed up to the maximum service speed. Teste prático: se a primeira frequência crítica velocidade crítica estiver bem acima da velocidade máxima de serviço (tipicamente > 1,5× ou mais), o rotor é rígido.
Um rotor que se deforma elasticamente em sua velocidade de serviço, de modo que seu estado de desbalanceamento muda. Deve ser balanceado na ou perto da velocidade de serviço em mais de dois planos. Aplica-se a: large turbogenerators, multi-stage high-speed compressors, long paper machine rolls at high speed. Covered by ISO 21940-12.
The vast majority of industrial rotors — electric motors, fans, pumps, flywheels, shafts — are rigid rotors. The ISO 1940-1 O sistema de graus G aplica-se diretamente a rotores rígidos.
Os Três Tipos de Desbalanceamento
The vocabulary (ISO 21940-2) defines three fundamental types based on the geometric relationship between the principal inertia axis and the rotation axis. Understanding these is essential for selecting the correct balancing procedure:
- Desbalanceamento estático produz uma força — both bearings vibrate in phase at 1× RPM. The rotor can be detected as unbalanced without rotation (gravity reveals it on knife-edges). One correction plane suffices. Typical for narrow disc-like rotors (L/D < 0.5): narrow pulleys, fan impellers, thin flywheels.
- Desbalanceamento de momento produz uma momento — bearings vibrate 180° out of phase at 1× RPM. The net force is zero (centre of mass is on the axis), but two equal and opposite heavy spots in different axial positions create a rocking couple. Only detectable while spinning. Requires two correction planes.
- Desbalanceamento dinâmico = static + couple combined. The general case for all real rotors that are not perfectly symmetric. Both force and moment are present. Bearings vibrate at 1× with neither in-phase nor exactly 180° out-of-phase relationship. Requires two-plane balancing.
Desbalanceamento Específico e a Conexão com o Grau G
Desbalanceamento específico (e = U/M) é a métrica-chave que permite a comparação universal da qualidade de balanceamento. Um rotor de 5 kg com desbalanceamento de 50 g·mm tem e = 10 µm. Um rotor de 500 kg com desbalanceamento de 5 000 g·mm também tem e = 10 µm — qualidade de balanceamento idêntica, apesar da diferença de massa de 100×.
O Grau G estende isso ao incorporar a velocidade: G = e × ω, fornecendo um único número (mm/s) que caracteriza a qualidade de balanceamento independentemente da massa e da velocidade. Esta é a base do ISO 1940-1 sistema de tolerâncias.
Planos de Correção vs. Planos de Tolerância
The vocabulary draws a critical distinction that is often missed in practice:
- Planos de tolerância = os planos dos mancais onde a vibração e as cargas dinâmicas são mais críticas. O desbalanceamento admissível Upor é especificado aqui.
- Planos de correção = localizações fisicamente acessíveis onde as massas podem ser colocadas (centro do ventilador, anéis de extremidade do motor, ombreiras do eixo). Frequentemente em posições axiais diferentes das dos mancais.
Convertendo Upor dos planos de tolerância para os planos de correção requer conhecimento da geometria do rotor. Para rotores assimétricos ou em balanço, essa conversão pode alterar significativamente as tolerâncias por plano. O Balanset-1A lida com essa conversão automaticamente quando as dimensões do rotor são inseridas.
Tipos de Máquina de Balanceamento
Os dois tipos fundamentais de máquina refletem diferentes princípios físicos de medição:
- Mancais flexíveis: Frequência natural da suspensão bem abaixo da velocidade de operação → a máquina mede deslocamento. Requer calibração para cada novo rotor. Historicamente significativo; em declínio de uso.
- Mancais rígidos: Frequência natural da suspensão bem acima da velocidade de operação → a máquina mede força. Calibração permanente — aceita diferentes rotores sem calibração individual. O tipo moderno dominante.
Field balancing instruments like the Balanset-1A use a different principle: they are not a "machine" in the ISO sense but use the rotor's own bearings and support as the measurement system, employing the trial-weight (influence coefficient) method to determine correction without requiring a dedicated balancing machine.
Referência Cruzada: Onde Cada Termo é Usado
ISO 1940-1 / ISO 21940-11: Usa todos os termos de tolerância e qualidade — grau G, Upor, tolerância de balanceamento, desbalanceamento residual. O principal consumidor desse vocabulário.
ISO 14694: Uses rotor terms (rigid), unbalance terms, and extends with fan-specific BV application categories, balance grades and vibration-limit tables.
ISO 10816 / ISO 20816: Usa termos de medição — velocidade de vibração, RMS, pontos de medição na caixa do mancal.
ISO 21940-12: Extends flexible rotor definition with multi-speed, multi-plane procedures.
API 610 / API 617: Normas do setor de petróleo referenciam os graus G da ISO 1940 e a terminologia de desbalanceamento para especificações de bombas e compressores.
ISO 1940-2 → ISO 21940-14: Transition
ISO 21940-14:2012 has formally cancelled and replaced ISO 1940-2:1997, of which it constitutes a technical revision — the main change being the extension of its applicability to rotors with flexible behaviour. The balancing vocabulary followed a separate path: ISO 1925 was revised as ISO 21940-2. The ISO 21940 numbering reflects integration into the comprehensive ISO 21940 series covering all aspects of rotor balancing. The old designations still appear widely in industry literature.
Norma oficial: ISO 21940-14:2012 (replaces ISO 1940-2) on ISO Store →
Perguntas Frequentes — ISO 1940-2
Balance errors, the ISO 21940 transition, and balancing terminology
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