ISO 1940-1 — Requisitos de Qualidade de Balanceamento para Rotores Rígidos
O padrão internacional fundamental que define o sistema de qualidade de balanceamento por grau G — do G 0.4 (giroscópios) ao G 4000 (motores diesel marítimos). Agora incorporado na ISO 21940-11, com valores e metodologia de grau G idênticos.
A Vibromera incorpora a tabela completa de graus de G 0.4 a G 4000 no Balanset-1A, de modo que o instrumento reporta a qualidade de balanceamento obtida em relação à ISO 1940-1 imediatamente após a execução com o peso de prova.
Desbalanceamento Residual Admissível
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 — insira os dados do rotor, obtenha Uper
Resultados — ISO 1940-1
Desbalanceamento residual admissível
para calcular a tolerância
Graus de Qualidade de Balanceamento G
Escala logarítmica com fator 2,5 entre graus adjacentes — do G 0.4 de ultra-precisão ao G 4000 marítimo
📋 Tabela Completa de Graus G — ISO 1940-1 / ISO 21940-11
| G-Grade | e·ω (mm/s) | Tipos Típicos de Rotor | Notas |
|---|---|---|---|
| G 0.4 | 0.4 | Giroscópios, fusos de precisão, unidades de disco óptico | Perto do limite do balanceamento convencional |
| G 1.0 | 1.0 | Acionamentos de fusos de retificação, gravadores de fita, pequenos armaduras de precisão | Requer condições ultra-limpos |
| G 2.5 | 2.5 | Turbinas a gás e vapor, turbogeneradores, turbocompressores, motores de alta velocidade | Previne danos prematuros aos rolamentos |
| G 6.3 | 6.3 | Ventiladores, bombas, volantes, motores elétricos, máquinas-ferramenta, rolos de papel | Mais comum — grau padrão |
| G 16 | 16 | Eixos cardan (especiais), máquinas agrícolas, britadores, ventiladores de mina | Uso pesado, condições severas |
| G 40 | 40 | Rodas e aros de automóveis, eixos cardan (padrão), ventiladores lentos | Variação do pneu domina |
| G 100 | 100 | Motores completos de carros, caminhões, locomotivas | Motores de combustão interna como conjuntos |
| G 250 | 250 | Virabrequins de motores diesel de alta velocidade | Nível de componente |
| G 630 | 630 | Virabrequins de motores 4 tempos grandes, motores diesel marítimos em suportes elásticos | Alternativos de baixa velocidade grandes |
| G 1600 | 1600 | Virabrequins de motores 2 tempos grandes | Muito lento, fundações maciças |
| G 4000 | 4000 | Virabrequins de motores diesel marítimos de baixa velocidade em fundações rígidas | Requisitos mais frouxos |
📊 Tolerâncias Pré-Calculadas para Rotores Industriais Comuns
| Tipo de Rotor | Massa (kg) | RPM | G | Uper (g·mm) | Por Plano | eper (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Motor pequeno | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| Ventilador HVAC | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Impelidor da bomba | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Turbocompressor | 120 | 8 000 | G 2.5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Rolo de papel | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Ventilador de usina | 350 | 990 | G 2.5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Mandril de retificação | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Roda de carro | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
📐 Métodos de Alocação de Tolerância — ISO 1940-1 Capítulo 7
| Tipo de Rotor | Alocação | Fórmula | Notas |
|---|---|---|---|
| Simétrico | Divisão igual | UL=UR=Uper/2 | Caso mais simples. Motores, alguns ventiladores. |
| Assimétrico entre rolamentos | Proporcional | UL=Uper·(b/L) | Método mais comum. |
| Em balanço (cânem) | Baseado em momento | Eqns. estáticas | Tolerâncias mais rigorosas no plano em balanço. |
| Estreito (planos próximos) | Estático+conjugado separados | Por ISO 21940-12 | Efeitos de vibração diferentes. |
O que é a ISO 1940-1?
Resposta Rápida
ISO 1940-1 (Vibração mecânica — Requisitos de qualidade de balanceamento de rotores em estado constante (rígido)) define o Sistema de qualidade de balanceamento G-grade para rotores rígidos. A fórmula Uper = (9 549 × G × M) / n calcula o desbalanceamento residual admissível desbalanceamento. Substituído por ISO 21940-11:2016 com valores idênticos. Grau padrão para máquinas industriais: G 6.3.
A ISO 1940-1 é o documento fundamental para o balanceamento de rotores em todo o mundo. Seu sistema de classes G é a linguagem de fato do balanceamento: "balancear para G 6.3" é compreendido por todos os especialistas globalmente. O padrão cobre rotores rígidos, desde pequenos fusos de precisão até virabrequins massivos, fornecendo uma estrutura universal para especificar, calcular e verificar a qualidade de balanceamento.
A norma aplica-se apenas a rígido rotores — aqueles cujas deformações elásticas sob forças centrífugas são desprezíveis em toda a faixa de velocidade de operação. Rotores flexíveis (que operam acima da primeira velocidade crítica de flexão) são cobertos pela ISO 21940-12.
O Conceito de Rotor Rígido
Um rotor é classificado como rígido se sua distribuição de massa não mudar significativamente quando a velocidade variar de zero até a velocidade máxima de operação. A consequência principal: um rotor balanceado em baixa velocidade em uma máquina de balanceamento permanece balanceado em sua velocidade de operação. Isso permite o balanceamento a 300–600 RPM em uma máquina de oficina, atendendo às tolerâncias a 3 000+ RPM em serviço.
Se um rotor opera na região supercrítica (acima da primeira velocidade crítica de flexão velocidade crítica) ou próximo ressonância, as deflexões alteram a distribuição de massa efetiva, e o balanceamento em baixa velocidade pode ser ineficaz em alta velocidade. Tais rotores são classificados como flexíveis.
O que a ISO 1940-1 NÃO Aborda
Rotores com geometria variável (eixos articulados, pás de helicóptero). Ressonância em sistemas rotor-suporte-fundação. Forças aerodinâmicas e hidrodinâmicas não relacionadas à distribuição de massa. Para ventiladores especificamente, consulte ISO 14694 (categorias BV específicas para ventiladores e limites de vibração).
Tipos de Desbalanceamento
Desbalanceamento = eixo de inércia do rotor ≠ eixo de rotação. Na forma vetorial: U = m × r (g·mm). A ISO 1940-1 classifica três tipos:
- Desbalanceamento estático: Eixo de inércia paralelo ao eixo de rotação, mas deslocado. Equivalente a uma única massa desbalanceada. Corrigível em um plano. Típico: polias, engrenagens estreitas, impelidores de ventiladores (L/D < 0,5).
- Desbalanceamento de momento: Eixo de inércia passando pelo centro de massa, mas inclinado. Força resultante zero, mas um par (conjugado) balança o rotor. Requer dois planos.
- Desbalanceamento dinâmico: Caso geral — estático + conjugado combinados. Eixo de inércia nem paralelo nem intersectando o eixo de rotação. Requer dois planos. A maioria dos rotores reais possui desbalanceamento dinâmico.
Desbalanceamento Específico (Excentricidade)
O grau G é definido como o produto e × ω (mm/s) — a velocidade linear do centro de massa do rotor orbitando o eixo de rotação. Este único número caracteriza a qualidade do balanceamento independentemente do tamanho e da velocidade do rotor.
O Sistema de Graus G — Base Física
Semelhança de Massa
Para rotores geometricamente semelhantes: Uper ∝ M → desbalanceamento específico eper deve ser constante. Uma única norma aplica-se a todos os tamanhos.
Semelhança de Velocidade
Força centrífuga F = M·e·ω². Para manter cargas aceitáveis nos rolamentos em diferentes velocidades, eper deve diminuir à medida que ω aumenta:
Calculando o Desbalanceamento Residual Admissível
Exemplo Resolvido: Rotor de Ventilador, G 6,3
Dados: Impelidor de ventilador centrífugo, M = 200 kg, n = 1 500 RPM, G 6,3.
Total: Uper = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 g·mm
Excentricidade: eper = 8 021 / 200 = 40,1 µm
Por plano (simétrico, 2): 8 021 / 2 = 4 011 g·mm
Em R = 400 mm: 4 011 / 400 = 10,0 g por plano
Sempre Use a Velocidade Máxima de Serviço
A velocidade na fórmula deve ser o RPM mais alto em serviço — não a velocidade da máquina de balanceamento. Muitos rotores são balanceados a 300–600 RPM, mas a tolerância deve usar a velocidade real de serviço (ex. 1 480 RPM). Usar a velocidade da máquina de balanceamento produz tolerâncias perigosamente frouxas.
Alocação nos Planos de Correção
Uper aplica-se ao centro de massa do rotor. Na prática, balanceamento em dois planos (próximos aos mancais). Regras do Capítulo 7:
Rotores Simétricos
CoM no ponto médio → igual: UL = UR = Uper / 2.
Assimétrico Entre Rolamentos
Rotores em Canto
A massa em canto cria um momento fletor que carrega ambos os mancais. Recalculação baseada em momento necessária → tipicamente tolerância muito mais rigorosa no plano em canto. Comum em bombas, compressores de estágio único, impelidores de ventiladores em cantilever.
Erros e Verificação
Fontes de Erro
- Sistemáticos: Deriva de calibração da máquina, mandris excêntricos, efeitos de rasgo de chaveta (ISO 8821), distorção térmica.
- Aleatório: Ruído do sensor, folga de suporte, variação de assentamento do rotor.
O erro total não deve exceder 10–15% da tolerância. Se maior, ajuste a tolerância de trabalho conforme necessário.
Efeitos de Montagem
Balanceamento de componentes ≠ balanceamento do conjunto. Excentricidade do acoplamento, excentricidade de rotação, ajustes frouxos podem anular o trabalho nos componentes. Ajuste o balanceamento do rotor montado.
Métodos de Verificação
- Teste de índice: Gire o rotor 180° no mandril, remeça. Mudança = erro do dispositivo de fixação.
- Teste com massa de teste: Adicione massa conhecida, verifique se a mudança vetorial medida corresponde à expectativa.
- Verificação em campo: Meça a vibração nos mancais por ISO 10816.
Balanset-1A: Conformidade ISO 1940-1 Integrada
Balanset-1A automatiza a ISO 1940-1: insira massa, velocidade, G-grade → U instantâneoper com alocação automática de planos. Após o balanceamento, compara o residual com o limite. A função Relatórios F6 gera um protocolo formal documentando o G-grade alcançado. Precisão ±5% velocidade, ±1° fase — suficiente para G 16 até G 2.5. O Balanset-4 estende-se a quatro canais para rotores complexos com múltiplos mancais.
Exemplos Resolvidos
Caso 1: Motor Elétrico — G 6.3
Rotor: 15 kW, 1 460 RPM, 35 kg, simétrico entre mancais.
Tolerância: Uper = 9 549 × 6.3 × 35 / 1 460 = 1 442 g·mm → 721/plano.
Em R = 80 mm: 721 / 80 = 9,0 g/plano. Balanceado em oficina: 180 g·mm residual. ✅
Caso 2: Bomba — Impelidor em Canto, G 6.3
Rotor: Eixo + impelidor 18 kg, 2 950 RPM. Impelidor 6 kg em canto a 120 mm. Vão entre mancais 250 mm.
Total: Uper = 367 g·mm. Alocação por momento: frente ≈ 202, traseira ≈ 165 g·mm.
Balanceado em campo com Balanset-1A plano único: 8,5 g a 230°. Final: 95 g·mm. ✅
Caso 3: Turbo-compressor — G 2.5
Rotor: 3 estágios, 65 kg, 12 000 RPM. Ligeiramente assimétrico.
Tolerância: Uper = 129 g·mm → 65/plano → em R = 95 mm: 0,68 g/plano.
Precisão subgramada → apenas máquina de alta velocidade em oficina. Teste de índice: erro do mandril < 5 g·mm. Final: 28 g·mm/plano. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- Valores de G-grade, fórmulas, tabelas de aplicação — idênticos. Nenhuma mudança técnica.
- Série ISO 21940: Parte 11 (qualidade), Parte 12 (flexível), Parte 14 (procedimentos), Parte 21 (descrições), Parte 31 (susceptibilidade), Parte 32 (chaves).
- Ambas as designações usadas intercambiavelmente na prática.
- ISO 14694 As categorias BV referenciam diretamente os G-grades.
Normas relacionadas
- ISO 21940-11: Este padrão — sistema de graus G.
- ISO 21940-12: Balanceamento de rotores flexíveis.
- ISO 10816 / ISO 20816: Avaliação de vibração — resultado operacional da qualidade de balanceamento.
- ISO 14694: Categorias BV específicas para ventiladores, graus de balanceamento e limites de vibração.
- ISO 8821: Influência do rasgo de chaveta (convenção de meia-chaveta).
- API 610 / API 617: Bombas/compressores de petróleo com referência à ISO 1940.
Norma oficial: ISO 1940-1 na ISO Store →
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Calculadora de Tolerância Tabela de Graus G O que é a ISO 1940-1? Conceito de Rotor Rígido Tipos de Desbalanceamento Estático / Momento / Dinâmico Desbalanceamento específico Sistema de Graus G Leis de semelhança Fórmula de Tolerância Alocação de Planos Simétrico / Assimétrico Rotores em balanço Erros & Verificação Estudos de Caso (3) Transição para ISO 21940-11 FAQ (8 Perguntas)Equipamento de Balanceamento
Balanceamento em campo portátil com calculadora de tolerância ISO 1940 integrada e verificação de grau G.
Balanset-1A → Balanset-4 →Perguntas Frequentes — ISO 1940-1
Sistema de qualidade de balanceamento de graus G para rotores rígidos
▸ Qual é a diferença entre ISO 1940-1 e ISO 21940-11?
▸ Como calcular o desbalanceamento residual admissível?
▸ O que é um rotor rígido?
▸ Qual grau G para bombas, ventiladores ou motores?
▸ Como alocar a tolerância entre os planos?
▸ Quais são os três tipos de desbalanceamento?
▸ Por que os graus G estão em escala logarítmica?
▸ Posso verificar a conformidade com um balanceador portátil?
Balanceamento conforme ISO 1940-1 — Em Campo
Os balanceadores portáteis Vibromera incluem calculadoras de tolerância ISO 1940 integradas, alocação automática de planos e relatórios formais de balanceamento documentando o grau G alcançado.
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